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淡忘邻人

二十七,始发愤

 
 
 

日志

 
 
 
 

JNA—JNI终结者  

2011-06-01 21:41:51|  分类: JAVA |  标签: |举报 |字号 订阅

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http://blog.csdn.net/shendl/archive/2008/12/25/3599854.aspx
http://blog.csdn.net/shendl/archive/2008/12/25/3599849.aspx

介绍

给大家介绍一个最新的访问本机代码的Java框架—JNA

JNA(Java Native Access)框架是一个开源的Java框架,是SUN公司主导开发的,建立在经典的JNI的基础之上的一个框架。

JNA项目地址:https://jna.dev.java.net/

 

非常强大、易用,功能上类似与.NETP/Invoke

 

 

 

不堪回首的JNI

我们知道,使用JNI调用.dll/.so共享类库是非常非常麻烦和痛苦的。

如果有一个现有的.dll/.so文件,如果使用JNI技术调用,我们首先需要另外使用C语言写一个.dll/.so共享库,使用SUN规定的数据结构替代C语言的数据结构,调用已有的  dll/so中公布的函数。

然后再在Java中载入这个适配器dll/so,再编写Java   native函数作为dll中函数的代理。

经过2个繁琐的步骤才能在Java中调用本地代码。

因此,很少有Java程序员愿意编写调用dll/.so库中的原生函数的java程序。这也使Java语言在客户端上乏善可陈。可以说JNIJava的一大弱点!

 

.NET平台上强大的P/Invoke

而在.NET平台上,强大的P/Invoke技术使我们Java程序员非常羡慕。使用P/Invoke技术,只需要使用编写一个.NET函数,再加上一个声明的标注,就可以直接调用dll中的函数。

不需要你再使用C语言编写dll来适配。

 

 

不逊于P/InvokeJNA

现在,不需要再羡慕.NETP/Invoke机制了。JNA把对dll/.so共享库的调用减少到了和P/Invoke相同的程度。

 

使用JNA,不需要再编写适配用的.dll/.so,只需要在Java中编写一个接口和一些代码,作为.dll/.so的代理,就可以在Java程序中调用dll/so

 

 

JNA快速启动

 

     现在让我们直接进入JNA的世界。

 

你只需要下载一个jar包,就可以使用JNA的强大功能方便地调用动态链接库中的C函数。

1,下载jna.jar

在这里https://jna.dev.java.net/servlets/ProjectDocumentList?folderID=7408&expandFolder=7408&folderID=0

 

 

2,现在你已经可以使用JNA了。

为了方便你参考JNAjava类库,我制作了《JNA3.09API参考手册》,是CHM格式的。你可以到这里下载 http://download.csdn.net/source/900438

 

 

 

 

JNA例子

 

例子1   

现在让我们运行一个JNA程序,感受它的强大威力。

1,在Java项目中引入jna.jar包。

2,创建一个类:

 

import com.sun.jna.Library;

import com.sun.jna.Native;

import com.sun.jna.Platform;

 

/** Simple example of native library declaration and usage. */

public class HelloWorld {

 

    public interface CLibrary extends Library {

        CLibrary INSTANCE = (CLibrary)

            Native.loadLibrary((Platform.isWindows() ? "msvcrt" : "c"),

                               CLibrary.class);

   

        void printf(String format, Object... args);

    }

 

    public static void main(String[] args) {

        CLibrary.INSTANCE.printf("Hello, World\n");

        for (int i=0;i < args.length;i++) {

            CLibrary.INSTANCE.printf("Argument %d: %s\n", i, args[i]);

        }

    }

}

 

 

 

 

3,执行,可以看到控制台中打印出了

Hello, World

 

    但是,请注意,这个程序实际上是使用msvcrt.dll这个C运行时库中的printf函数打印出上面这些字符的。

 

    看,多简单,不需要写一行C代码,就可以直接在Java中调用外部动态链接库中的函数!

 

例子2   

 

    上面那个例子使用了操作系统自带的动态链接库,现在我们再自己写一个动态链接库试试。

 

 

1,在VS中选择C++语言,然后选择创建一个Win32程序。 选择dll类型。

 

2,发布的C函数是:

 

#define MYLIBAPI  extern   "C"     __declspec( dllexport ) 

 

MYLIBAPI void say(wchar_t* pValue);

 

 

这个函数的实现是:

 

void  say(wchar_t* pValue){

     std::wcout.imbue(std::locale("chs"));

 

     std::wcout<<L"上帝说:"<<pValue<<std::endl;

}

 

它需要传入一个Unicode编码的字符数组。然后在控制台上打印出一段中文字符。

 

3,生成dll。然后把生成的dll文件复制到Eclipse项目中,放在项目下面。

4,在Eclipse中编写以下代码:

 

import com.sun.jna.Library;

import com.sun.jna.Native;

import com.sun.jna.WString;

 

/**

 * @author 沈东良 Edward Shen shendl_s@hotmail.com

 * 2008-11-23 下午05:07:14

 *TestDll1.dll

 */

public class TestDll1Service {

 

         public interface TestDll1 extends Library {

                   /**

                    * 当前路径是在项目下,而不是bin输出目录下。

                    */

                   TestDll1 INSTANCE = (TestDll1)Native.loadLibrary("TestDll1", TestDll1.class);

                   public void say(WString value);

                  

         }

         /**

          *

          */

         public TestDll1Service() {

                   // TODO Auto-generated constructor stub

         }

 

         /**

          * @param args

          */

         public static void main(String[] args) {

                   // TODO Auto-generated method stub

                  

                   TestDll1.INSTANCE.say(new WString("Hello World!"));

                   System.out.println("HHEEH我我们无法万恶");

         }

 

}

 

5,执行这个Java类。可以看到控制台下如下输出:

上帝说:Hello World!

HHEEH我我们无法万恶

 

6,上面一行是C语言使用C++std::wcout输出的。

下面一行是Java语言输出的。

 

 

 

JNA技术解密

JNA工作原理

JNA是建立在JNI技术基础之上的一个Java类库,它使您可以方便地使用java直接访问动态链接库中的函数。

原来使用JNI,你必须手工用C写一个动态链接库,在C语言中映射Java的数据类型。

JNA中,它提供了一个动态的C语言编写的转发器,可以自动实现JavaC的数据类型映射。你不再需要编写C动态链接库。

当然,这也意味着,使用JNA技术比使用JNI技术调用动态链接库会有些微的性能损失。可能速度会降低几倍。但影响不大。

 

JNA技术难点

 

 

1,当前路径是在项目下,而不是bin输出目录下。

2,数据结构的对应关系:

Java—C和操作系统数据类型的对应表

Java Type

C Type

Native Representation

boolean

int

32-bit integer (customizable)

byte

char

8-bit integer

char

wchar_t

platform-dependent

short

short

16-bit integer

int

int

32-bit integer

long

long long, __int64

64-bit integer

float

float

32-bit floating point

double

double

64-bit floating point

Buffer
Pointer

pointer

platform-dependent (32- or 64-bit pointer to memory)

<T>[] (array of primitive type)

pointer
array

32- or 64-bit pointer to memory (argument/return)
contiguous memory (struct member)

除了上面的类型,JNA还支持常见的数据类型的映射。

String

char*

NUL-terminated array (native encoding or jna.encoding)

WString

wchar_t*

NUL-terminated array (unicode)

String[]

char**

NULL-terminated array of C strings

WString[]

wchar_t**

NULL-terminated array of wide C strings

Structure

struct*
struct

pointer to struct (argument or return) (or explicitly)
struct by value (member of struct) (
or explicitly)

Union

union

same as Structure

Structure[]

struct[]

array of structs, contiguous in memory

Callback

<T> (*fp)()

function pointer (Java or native)

NativeMapped

varies

depends on definition

NativeLong

long

platform-dependent (32- or 64-bit integer)

PointerType

pointer

same as Pointer

 

 

JNA编程过程

 

JNA把一个dll/.so文件看做是一个Java接口。

DllC函数的集合、容器,这正和接口的概念吻合。

 

    我们定义这样一个接口,

public interface TestDll1 extends Library {

                   /**

                    * 当前路径是在项目下,而不是bin输出目录下。

                    */

                   TestDll1 INSTANCE = (TestDll1)Native.loadLibrary("TestDll1", TestDll1.class);

                   public void say(WString value);

                  

         }

 

 

如果dll是以stdcall方式输出函数,那么就继承StdCallLibrary。否则就继承默认的Library接口。

 

接口内部需要一个公共静态常量:instance

 

TestDll1 INSTANCE = (TestDll1)Native.loadLibrary("TestDll1", TestDll1.class);

 

通过这个常量,就可以获得这个接口的实例,从而使用接口的方法。也就是调用外部dll的函数!

 

注意:

1Native.loadLibrary()函数有2个参数:

    1dll或者.so文件的名字,但不带后缀名。这符合JNI的规范,因为带了后缀名就不可以跨操作系统平台了。

搜索dll的路径是:

1)项目的根路径

2)操作系统的全局路径、

3path指定的路径。

 

2,第二个参数是本接口的Class类型。

 

JNA通过这个Class类型,根据指定的dll/.so文件,动态创建接口的实例。

 

2,接口中你只需要定义你需要的函数或者公共变量,不需要的可以不定义。

public void say(WString value);

 

参数和返回值的类型,应该和dll中的C函数的类型一致。

这是JNA,甚至所有跨平台调用的难点。

 

这里,C语言的函数参数是:wchar_t*

JNA中对应的Java类型是WStirng

 

 

所有跨平台、跨语言调用的难点

有过跨语言、跨平台开发的程序员都知道,跨平台、语言调用的难点,就是不同语言之间数据类型不一致造成的问题。绝大部分跨平台调用的失败,都是这个问题造成的。

关于这一点,不论何种语言,何种技术方案,都无法解决这个问题。

这需要程序员的仔细开发和设计。这是程序员的责任。

 

常见的跨平台调用有:

1Java调用C语言编写的dll.so动态链接库中的函数。

2.NET通过P/Invoke调用C语言编写的dll.so动态链接库中的函数。

3,通过WEBService,在C,C++,Java,.NET等种种语言间调用。

    WebService传递的是xml格式的数据。

 

即使是强大的P/Invoke或者WebService,在遇到复杂的数据类型和大数据量的传递时,还是会碰到很大的困难。

 

因为,一种语言的复杂的数据类型,很难用另一种语言来表示。这就是跨平台调用问题的本质。

如,WEBService调用中,很多语言,如Java.NET都有自动实现的Java/.NET类型和XML类型之间的映射的类库或者工具。

但是,在现实的编程环境中,如果类型非常复杂,那么这些自动转换工具常常力不从心。

要么Object-XML映射错误。

要么映射掉大量的内存。

 

因此,我个人对这些Object-XML映射框架相当不感冒。

我现在使用WEBService,都是直接手工使用xml处理工具提取xml中的数据构建对象。或者反过来,手工根据Object中的属性值构建xml数据。

 

 

JavaC语言之间的调用问题,也是如此。

Java要调用C语言的函数,那么就必须严格按照C语言要求的内存数量提供Java格式的数据。要用Java的数据类型完美模拟C语言的数据类型。

JNA已经提供了大量的类型匹配C语言的数据类型。

 

 

 

跨平台、跨语言调用的第一原则:就是尽量使用基本、简单的数据类型,尽量少跨语言、平台传递数据!

只有你才能拯救你自己。

如果在你的程序中,有复杂的数据类型和庞大的跨平台数据传递。那么你必须另外写一些Fa?ade接口,把需要传递的数据类型简化,把需要传递的数据量简化。

否则,不论是实现的难度还是程序的性能都很难提高。

 

 

 

 

JNI还是不能废

我们已经见识了JNA的强大。JNI和它相比是多么的简陋啊!

但是,有些需求还是必须求助于JNI

JNA是建立在JNI技术基础之上的一个框架。

使用JNI技术,不仅可以实现Java访问C函数,也可以实现C语言调用Java代码。

JNA只能实现Java访问C函数,作为一个Java框架,自然不能实现C语言调用Java代码。此时,你还是需要使用JNI技术。

JNIJNA的基础。是JavaC互操作的技术基础。

 

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