03-3 运行时数据区-本地方法接口与本地方法栈

1. 本地方法

1.1 什么是本地方法?

  • 简单地讲,一个本地方法(Native Method)就是一个Java调用非Java代码的接口。本地方法的实现由非Java语言实现,比如C/C++。
  • 在定义一个本地方法时,并不提供方法体(与定义一个Java接口类似),因为其方法体是由非Java语言在外部实现的。
  • 本地方法接口(Native Method Interface, JNI)的作用是融合不同的编程语言为Java所用,它的初衷是融合C/C++程序。
\\ 本地方法定义 示例
public class NativeMethodTest {
    public native void nativeMethod1(int x);
    public native static long nativeMethod2();
    private native synchronized float nativeMethod3(Object o);
    native void nativeMethod4(int[] ary) throws Exception;
}

标识符native可以与其它所有的Java标识符连用,但是abstract除外

3.2 为什么要使用本地方法?

Java使用起来非常方便,然而有些层次的任务用Java实现起来不容易,或者对Java程序的效率不满意。

  • 与Java环境外交互

有时Java应用需要与Java外面的环境交互,这是本地方法存在的主要原因。想象Java需要与一些底层系统,如操作系统或某些硬件交换信息时的情况。本地方法正是这样一种交流机制:它为我们提供了一个非常简洁的接口,而且我们无需去了解Java应用之外的繁琐的细节。

  • 与操作系统交互

JVM支持着Java语言本身和运行时库,它时Java程序赖以生存的平台,它由一个解释器(解释字节码)和一些连接到本地代码的库组成。然而不管怎样,它毕竟不是一个完整的系统,经常依赖于一些底层系统的支持。这些底层系统常常是强大的操作系统。通过使用本地方法,我们得以实现了jre与底层系统的交互,甚至JVM的一些部分就是用C写的。还有,如果我们要使用一些Java语言本身没有提供封装的操作系统的特性时,我们也需要使用本地方法。

  • Sun's Java

Sun的解释器是用C实现的,这使得它能像一些普通的C一样与外部交互。jre大部分是用Java实现的,它也通过一些本地方法与外界交互。例如:类java.lang.ThreadsetPriority()是用Java实现的,但是它实现调用的是该类里的本地方法setPriority0()。这个本地方法是用C实现的,并被植入JVM内部,在Windows 95的平台上,这个本地方法最终将调用Win32 setPriority() API。这是一个本地方法的具体实现由JVM直接提供,更多的是本地方法由外部的动态链接库(external dynamic link library)提供,然后被JVM调用。

现状

目前该方法使用得越来越少了,除非是与硬件相关的应用,比如通过Java程序驱动打印机或者Java系统管理设备,在企业级应用中已经比较少见。因为现在的异构领域间的通信很发达,比如可以使用Socket通信,也可以使用Web Service等等,不多做介绍。

2.2 本地方法栈

虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)提供服务,本地方法栈为虚拟机使用到的本地方法服务。

有的虚拟机(如HotSpot)直接将本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

当某个线程调用一个本地方法时,它就进入了一个全新的并且不再受虚拟机限制的世界。它和虚拟机拥有同样的权限。

  • 本地方法甚至可以通过本地方法接口来访问虚拟机内部的运行时数据区。
  • 它甚至可以直接使用本地处理器中的寄存器。
  • 直接从本地内存的堆中分配任意数量的内存。
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