native关键字

简单地讲,一个Native Method就是一个java调用非java代码的接口。一个Native Method是这样一个java的方法:该方法的实现由非java语言实现,比如C。这个特征并非java所特有,很多其它的编程语言都有这一机制,比如在C++中,你可以用extern "C"告知C++编译器去调用一个C的函数。
在定义一个native method时,并不提供实现体(有些像定义一个java interface),因为其实现体是由非java语言在外面实现的。,下面给了一个示例:

public class Object { 
    ......
    public native int hashCode(); 
    ......
} 

标识符native可以与所有其它的java标识符连用,但是abstract除外。这是合理的,因为native暗示这些方法是有实现体的,只不过这些实现体是非java的,但是abstract却显然的指明这些方法无实现体。native与其它java标识符连用时,其意义同非Native Method并无差别。

一个native method方法可以返回任何java类型,包括非基本类型,而且同样可以进行异常控制。这些方法的实现体可以自制一个异常并且将其抛出,这一点与java的方法非常相似。

native method的存在并不会对其他类调用这些本地方法产生任何影响,实际上调用这些方法的其他类甚至不知道它所调用的是一个本地方法。JVM将控制调用本地方法的所有细节。

如果一个含有本地方法的类被继承,子类会继承这个本地方法并且可以用java语言重写这个方法(这个似乎看起来有些奇怪),同样的如果一个本地方法被final标识,它被继承后不能被重写。

本地方法非常有用,因为它有效地扩充了jvm.事实上,我们所写的java代码已经用到了本地方法,在sun的java的并发(多线程)的机制实现中,许多与操作系统的接触点都用到了本地方法,这使得java程序能够超越java运行时的界限。有了本地方法,java程序可以做任何应用层次的任务。

JVM怎样使Native Method跑起来:

我们知道,当一个类第一次被使用到时,这个类的字节码会被加载到内存,并且只会回载一次。在这个被加载的字节码的入口维持着一个该类所有方法描述符的list,这些方法描述符包含这样一些信息:方法代码存于何处,它有哪些参数,方法的描述符(public之类)等等。

如果一个方法描述符内有native,这个描述符块将有一个指向该方法的实现的指针。这些实现在一些DLL文件内,但是它们会被操作系统加载到java程序的地址空间。当一个带有本地方法的类被加载时,其相关的DLL并未被加载,因此指向方法实现的指针并不会被设置。当本地方法被调用之前,这些DLL才会被加载,这是通过调用java.system.loadLibrary()实现的。

最后需要提示的是,使用本地方法是有开销的,它丧失了java的很多好处。如果别无选择,我们可以选择使用本地方法。

可以将native方法比作Java程序同C程序的接口,其实现步骤:
1、在Java中声明native()方法,然后编译;
2、用javah产生一个.h文件;
3、写一个.cpp文件实现native导出方法,其中需要包含第二步产生的.h文件(注意其中又包含了JDK带的jni.h文件);
4、将第三步的.cpp文件编译成动态链接库文件;
5、在Java中用System.loadLibrary()方法加载第四步产生的动态链接库文件,这个native()方法就可以在Java中被访问了。

不过,又引出两个东西:javah.exe命令和JNI
例子:

public class HelloNative{
    static{
        System.loadLibrary("HelloNative");
    }
    public static native void sayHello();
     
    public static void main(String[] args){
        new HelloNative().sayHello();
    }
}

运行javah,得到包含该方法的C声明头文件.h

Paste_Image.png

就得到了下面的 HelloNative.h文件 :

#include <jni.h>
/* Header for class HelloNative */
#ifndef _Included_HelloNative
#define _Included_HelloNative
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     HelloNative
 * Method:    sayHello
 * Signature: ()V
 */
JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloNative_sayHello
  (JNIEnv *, jclass);
 
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

jni.h 这个文件,在/%JAVA_HOME%include
根据头文件,写出C实现本地方法,这里我们简单地实现这个sayHello方法如下:

#include "HelloNative.h"
#include <stdio.h>
JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloNative_sayHello
{
    printf("Hello,JNI");   
}

生成dll共享库,然后Java程序load库,调用即可。在Windows上,MinGW GCC 运行如下

gcc -m64  -Wl,--add-stdcall-alias -I"C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_71\include" -I"C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_71\include\include\win32" -shared -o HelloNative.dll HelloNative.c

-m64表示生成dll库是64位的。然后运行 HelloNative:
java HelloNative
可以看到控制台打印如下:
Hello,JNI

整个过程相当于使用c语言实现了java的本地接口。

常用javah去生成JNI的头文件,然后去实现自己定义的JNI方法,使用这种方式比较传统,我们可以看到定义的格式甚至连名字都必须按照规范,完整的结构是Java_classpath_classname_native method name,这样才能当jvm运行的时候根据这个命名规则去找到对应的native的方法。【android】
实际上jvm也同时提供了直接RegisterNative方法手动的注册native方法

C++
static JNINativeMethod methods[] = {  
    {"retrieveDirectives",  "()Ljava/lang/AssertionStatusDirectives;", (void *)&JVM_AssertionStatusDirectives}  
};  
  ... ...
(*env)->RegisterNatives(env, cls, methods,   
                sizeof(methods)/sizeof(JNINativeMethod));  

RegisterNative(JNIEnv, jclass cls, JNINativeMethod *methods, jint number)中的参数:

  1. methods 是一个二维数组,代表着这个class里的每一个native方法所对应的实现的方法,在前面的例子中表示,一个native 方法retrieveDiretives, 返回值为AssertionStatusDirectives, 所对应的执行的本地方法是JVM_AssertionStatusDirectives
  2. 后面的number 代表要指定的native的数量
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