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:
非常强大、易用,功能上类似与.NET的P/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JNI是Java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/Invoke的JNA
现在,不需要再羡慕.NET的P/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
2,现在你已经可以使用JNA了。
为了方便你参考JNA的java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
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;
/**
* 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
}
/**
* 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++的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Java和C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 |
pointer | platform-dependent (32- or 64-bit pointer to memory) | |
<T>[] (array of primitive type) | pointerarray | 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。 | ||
char* | NUL-terminated array (native encoding or | |
wchar_t* | NUL-terminated array (unicode) | |
char** | NULL-terminated array of C strings | |
wchar_t** | NULL-terminated array of wide C strings | |
struct*struct | pointer to struct (argument or return) ()struct by value (member of struct) () | |
union | same as | |
struct[] | array of structs, contiguous in memory | |
<T> (*fp)() | function pointer (Java or native) | |
varies | depends on definition | |
long | platform-dependent (32- or 64-bit integer) | |
pointer | same as |
JNA编程过程
JNA把一个dll/.so文件看做是一个Java接口。
Dll是C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:
1,Native.loadLibrary()函数有2个参数:
1,dll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、
3)path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:
1,Java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。
Java和C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Façade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。
而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。
JNI是JNA的基础。是Java和C互操作的技术基础。