Java jni 底层_Java中的native是如何实现的（JNI）
什么是JNI
JNI是Java Native Interface的縮寫，Java本地接口(JNI)提供了將Java與C/C++、匯編等本地代碼集成的方案，該規范使得在 Java 虛擬機內運行的 Java 代碼能夠與其它編程語言互相操作，包括創建本地方法、更新 Java 對象、調用 Java 方法，引用 Java 類，捕捉和拋出異常等，也允許 Java 代碼調用 C/C++ 或匯編語言編寫的程序和庫。使用java與本地已編譯的代碼交互，通常會喪失平臺可移植性。但是，有些情況下這樣做是可以接受的，甚至是必須的。例如，使用一些舊的庫，與硬件、操作系統進行交互，或者為了提高程序的性能。JNI標準至少要保證本地代碼能工作在任何Java 虛擬機環境。
JNI的編程步驟
編寫帶有native聲明的方法的java類
使用javac命令編譯所編寫的java類
然后使用javah + java類名生成擴展名為h的頭文件
使用C/C++實現本地方法
將C/C++編寫的文件生成動態連接庫
利用JNI簡單實現自己的Thread
Java 中的線程
在Java里創建并啟動一個線程的代碼：
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread(){
@Override
public void run() {
// do something
}
};
thread.start();
}
通過查看 Thread 類的源碼，可以發現 start() 方法中最核心的就是調用了 start0() 方法，而 start0() 方法又是一個native方法：
public synchronized void start() {
if (threadStatus != 0)
throw new IllegalThreadStateException();
group.add(this);
boolean started = false;
try {
start0(); // 調用本地方法啟動線程
started = true;
} finally {
try {
if (!started) {
group.threadStartFailed(this);
}
} catch (Throwable ignore) {
/* do nothing. If start0 threw a Throwable then
it will be passed up the call stack */
}
}
}
// native 本地方法
private native void start0();
這里就是通過 Java 代碼來調用 JVM 本地的 C 代碼，C 中調用系統函數創建線程，并且會反過來調用 Thread 中的 run() 方法，這也是為什么調用了 start() 方法后會自動執行 run() 方法中的邏輯。
操作系統的線程
了解一下 Linux 操作系統中是如何創建一個線程的，創建線程函數：
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
void *(*start_routine) (void *), void *arg);
使用 man 命令可以查看 pthread_create，這個函數是linux系統的函數，可以用C或者C++直接調用，函數有四個參數：
pthread_t *thread：傳出參數，調用之后會傳出被創建線程的id
const pthread_attr_t *attr：線程屬性，傳NULL即可，保持默認屬性
void (start_routine) (void *)： 線程的啟動后的主體函數 相當于java當中的run
void *arg：主體函數的參數，如果沒有可以傳NULL
在 Linux 上啟動一個線程的代碼：
#include //頭文件
#include
pthread_t pid; //定義一個變量，接受創建線程后的線程id
//定義線程的主體函數
void* thread_entity(void* arg)
{
printf("new Thread!");
}
int main()
{
// 調用操作系統的函數創建線程，注意四個參數
pthread_create(&pid, NULL, thread_entity, NULL);
usleep(100);
printf("main\n");
}
Java定義本地方法
下面我們就通過 JNI 技術簡單實現一個 Thread 類來模擬線程創建和執行過程。
package com.fantasy;
public class Sample {
static {
// 裝載庫，保證JVM在啟動的時候就會裝載，這里的庫指的是C程序生成的動態鏈接庫
// Linux下是.so文件，Windows下是.dll文件
System.loadLibrary( "ThreadNative" );
}
public static void main(String[] args) {
new MyThread(() -> System.out.println("Java run method...")).start();
}
}
class MyThread implements Runnable {
private Runnable target;
public MyThread(Runnable target) {
this.target = target;
}
@Override
public void run() {
if (target != null) {
target.run();
}
}
public synchronized void start() {
start0();
}
private native void start0();
}
編譯成class文件：
[root@sdb1 fantasy]# pwd
/root/com/fantasy
[root@sdb1 fantasy]# javac Sample.java
[root@sdb1 fantasy]# ll
total 12
-rw-r--r--. 1 root root 501 Jun 1 22:10 MyThread.class
-rw-r--r--. 1 root root 1176 Jun 1 22:10 Sample.class
-rw-r--r--. 1 root root 692 Jun 1 22:09 Sample.java
生成.h頭文件：
[root@sdb1 ~]# pwd
/root
[root@sdb1 ~]# javah com.fantasy.MyThread
[root@sdb1 ~]# ll
total 4
drwxr-xr-x. 3 root root 21 Jun 1 22:07 com
-rw-r--r--. 1 root root 429 Jun 1 22:12 com_fantasy_MyThread.h
注意：native 方法在哪個類中就使用javah命令生成對應的頭文件，運行 javah 命令需要在包路徑外面，javah packageName.className。
下面是 com_fantasy_MyThread.h 頭文件的內容：
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include
/* Header for class com_fantasy_MyThread */
#ifndef _Included_com_fantasy_MyThread
#define _Included_com_fantasy_MyThread
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* Class: com_fantasy_MyThread
* Method: start0
* Signature: ()V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_fantasy_MyThread_start0
(JNIEnv *, jobject);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
其中 Java_com_fantasy_MyThread_start0 方法就是需要在C程序中定義的方法。
在注釋中我們可以看到有一個 Signature，這個是方法的簽名，表示方法的參數類型和返回值類型，簡單了解一下：
Java類型
Signature
說明
boolean
Z
byte
B
char
C
short
S
int
I
long
L
float
F
double
D
void
V
Object
L+/分隔的完整類名
例如：Ljava/lang/String表示String類型
Array
[簽名
例如: [I表示int類型的數組, [Ljava/lang/String表示String類型的數組
Method
(參數簽名)返回類型簽名
例如: ([I)I表示參數類型為int數組，返回值int類型的方法
C/C++實現本地方法
上一步已經生成了.h頭文件，現在我們來實現里面定義的方法。創建 thread.c 文件，并編寫如下代碼：
#include
#include
#include "com_fantasy_MyThread.h" // 導入剛剛編譯的那個.h文件
pthread_t pid;
void* thread_entity(void* arg)
{
printf("new Thread!\n");
}
// 這個方法定義要參考.h文件中的方法
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_fantasy_MyThread_start0
(JNIEnv *env, jobject obj){
pthread_create(&pid, NULL, thread_entity, NULL);
sleep(1);
printf("main thread %lu, create thread %lu\n", pthread_self(), pid);
//通過反射調用java中的方法
//找class，使用 FindClass 方法，參數就是要調用的函數的類的完全限定名，但是需要把點換成/
jclass cls = (*env)->FindClass(env, "com/fantasy/MyThread");
//獲取 run 方法
jmethodID mid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "run", "()V");
// 調用方法
(*env)->CallVoidMethod(env, obj, mid);
printf("success to call run() method!\n");
}
將這個 thread.c 文件編譯為一個動態鏈接庫，命名規則為 libxxx.so，xxx要跟Java中 System.loadLibrary( "ThreadNative") 指定的字符串保持一致，也就是 ThreadNative，編譯命令如下：
gcc -fPIC -I /opt/jdk1.8.0_161/include/ -I /opt/jdk1.8.0_161/include/linux -shared -o libThreadNative.so thread.c
至此，Java代碼與C代碼編寫與編譯完成。
運行Java代碼
運行前，還需要將 .so 文件所在路徑加入到path中，這樣Java才能找到這個庫文件，.so 文件的路徑為"/root/libThreadNative.so"，所以配置如下：
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/root/
讓我們來運行Java主類來看一下結果吧！
[root@sdb1 ~]# pwd
/root
[root@sdb1 ~]# ll
total 20
drwxr-xr-x. 3 root root 21 Jun 1 22:07 com
-rw-r--r--. 1 root root 429 Jun 1 22:12 com_fantasy_MyThread.h
-rwxr-xr-x. 1 root root 8336 Jun 1 23:32 libThreadNative.so
-rw-r--r--. 1 root root 666 Jun 1 23:32 thread.c
[root@sdb1 ~]# java com.fantasy.Sample
new Thread!
main thread 139986752292608, create thread 139986681366272
Java run method...
success to call run() method!
可以看到輸出結果符合我們的預期。通過模擬Thread，也可以得出以下結論：
Thread 類調用 start() 方法會通過jvm調用系統底層函數創建線程，并且回調 run() 方法
java 級別的線程其實就是操作系統級別的線程
總結
以上是生活随笔為你收集整理的Java jni 底层_Java中的native是如何实现的（JNI）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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