Java native方法以及JNI实践

前言

今天看AndFix实现时,核心方法之ReplaceMethod方法是一个native方法,之前并没有遇到过,所以在此整理记录。

native的作用

总而言之:native是与C++联合开发的时候用的!使用native关键字说明这个方法是原生函数,也就是这个方法是用C/C++语言实现的,并且被编译成了DLL,由java去调用。

  1. native 是用做java 和其他语言(如c++)进行协作时使用的,也就是native 后的函数的实现不是用java写的。
  2. 既然都不是java,那就别管它的源代码了,我们只需要知道这个方法已经被实现即可。
  3. native的意思就是通知操作系统, 这个函数你必须给我实现,因为我要使用。 所以native关键字的函数都是操作系统实现的, java只能调用。
  4. java是跨平台的语言,既然是跨了平台,所付出的代价就是牺牲一些对底层的控制,而java要实现对底层的控制,就需要一些其他语言的帮助,这个就是native的作用了

JNI简介

native方法是通过java中的JNI实现的。JNI是Java Native Interface的 缩写。从Java 1.1开始,Java Native Interface (JNI)标准成为java平台的一部分,它允许Java代码和其他语言写的代码进行交互。

JNI一开始是为了本地已编译语言,尤其是C和C++而设计 的,但是它并不妨碍你使用其他语言,只要调用约定受支持就可以了。

目前java与dll交互的技术主要有3种:jni,jawin和jacob。

目前功能性而言:jni >> jawin > jacob,其大致的结构如下图:

jni_jawin_jacob

windows,基于native的PE结构,windows的jvm基于native结构,Java的应用体系构建于jvm之上。jvm通过加载此jni程序间接调用目标原生函数。

image

JNI的生成步骤——Mac版

  1. 编写带有native声明的方法的java类,生成.java文件
  2. 使用javac命令编译所编写的java类,生成.class文件
  3. 使用javah -jni java类名生成扩展名为h的头文件,也即生成.h文件
  4. 使用C/C++(或者其他编程想语言)实现本地方法,创建.h文件的实现,也就是创建.cpp文件实现.h文件中的方法
  5. 将C/C++编写的文件生成动态连接库,生成jnilib文件

JNI实例

接下来我们按照上述步骤一个一个来生成JNI实例

1.编写带有native声明的java类,HelloWorld.java

public class HelloWorld {
    public native void sayHelloWorld(); //申明一个native方法

    static{
        System.loadLibrary("HelloWorldImpl"); //装入动态链接库,"HelloWorldImpl"是装入动态链接库的名称
    }

    public static void main(String[] args){
        HelloWorld helloWorld = new HelloWorld();
        helloWorld.sayHelloWorld();
    }
}

2.使用javac生成HelloWorld.class

javac HelloWorld.java

3.使用javah -jni java类生成扩展名为h的头文件

javah -jni HelloWorld

此处需要注意的是,我们应该在包名的根目录下执行,因为生成的文件的文件名需要引用包目录。不然就会报找不到类文件的错误

生成com_think_jni_HelloWorld.h文件

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class com_think_jni_HelloWorld */

#ifndef _Included_com_think_jni_HelloWorld
#define _Included_com_think_jni_HelloWorld
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     com_think_jni_HelloWorld
 * Method:    displayHelloWorld
 * Signature: ()V
 */
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_think_jni_HelloWorld_displayHelloWorld
  (JNIEnv *, jobject);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

这里我们可以这样理解:这个h文件相当于我们在java里面的接口,这里声明了一个 Java_HelloWorld_displayHelloWorld (JNIEnv *, jobject);方法,然后在我们的本地方法里面实现这个方法,也就是说我们在编写C/C++程序的时候所使用的方法名必须和这里的一致

4使用C/C++实现本地方法

创建HelloWorldImpl.cpp,代码如下所示:

#include "jni.h"
#include "com_think_jni_HelloWorld.h"
#include <stdio.h>
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_think_jni_HelloWorld_displayHelloWorld(JNIEnv *env,jobject obj){
    printf("Hello World!\n");
    return;
}

5 将本地方法编写的文件生成动态链接库

gcc -I/Library/Java/JavaVirtualMachines/[根据装的jdk版本来定]/Contents/Home/include/ -dynamiclib HelloWorldImpl.cpp -o libhell.jnilib

但是会出现运行这个命令报错

file not found

我们找到这个文件在

/Library/Java/JavaVirtualMachines/[根据安装的jdk版本来定]/Contents/Home/include/darwin/

这个目录下,所以我们再链接该目录到以上命令中

gcc -I/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_71.jdk/Contents/Home/include/ -I/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_71

.jdk/Contents/Home/include/darwin/ -dynamiclib HelloWorldImpl.cpp -o libhell.jnilib

最终成功生成libhell.jnilib

6 运行可执行文件

把上述文件放在同一个文件夹后,执行

java HelloWorld

即可看到

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