JNI 是什么
JNI 全称为 Java Native Interface，即 Java 本地接口，是 Java 调用 Native 语言的一种特性。通过 JNI 可以使得 Java 与 C/C++ 机型交互，即可以在 Java 代码中调用 C/C++ 等语言的代码或者在 C/C++ 代码中调用 Java 代码。
由于 JNI 是 JVM 规范的一部分，因此可以将我们写的 JNI 的程序在任何实现了 JNI 规范的 Java 虚拟机中运行。同时，这个特性使我们可以复用以前用 C/C++ 写的大量代码。
JNI 是一种在 Java 虚拟机机制下的执行代码的标准机制。代码被编写成汇编程序或者 C/C++ 程序，并组装为动态库，也就允许非静态绑定用法。这提供了一个在 Java 平台上调用 C/C++ 的一种途径。
下面分别介绍在 Windows 平台和 Linux 平台使用 JNI 编程的常规流程，包括从创建工程项目、代码编写到编译运行。
在 Windows 平台上进行 JNI 编程
首先确保在 Windows 装有 JDK（Java 语言的软件开发工具包）。本文的代码例子适配的 Windows JDK 版本是 jdk-8u181-windows-x64。本章节示范在 Windows 平台上使用 IntelliJ IDEA 配合 VisualStudio 2013 进行 JNI 程序开发。
新建 Java 工程
1. 使用 IntelliJ IDEA 2018 新建一个 Java 工程，命名为 WinJniDemo，如下图：
2. 选择命令行程序模板。
3. 填写工程名、路径以及包名。
新建 Environment 类和 HelloJNI 类
在包 com.developerworks 下新建 Environment 类和 HelloJNI 类。Environment 类的作用在于统一加载 Java 程序所调用的 C/C++ 编写的动态库，HelloJNI 类是对应的 C/C++ 动态库的 Java 接口类，代码如下：
Environment 类代码
//Environment.java
package com.developerworks;
public class Environment {
public static boolean initEnvironment() {
String OS = System.getProperty("os.name").toLowerCase();
boolean isLinux = false;
if (OS.indexOf("windows") > -1) {
String strLibPath = "D:\\JavaCodeLib\\JNI_Learn\\hello\\OutDir\\Release_x64\\hello.dll";
System.load(strLibPath);
return true;
} else if (OS.indexOf("linux") > -1) {
String strLibPath = "/home/work/JavaCodeLib/JNI_Learn/hello/hello/hello.so";
System.load(strLibPath);
return true;
} else if (OS.indexOf("linux") > -1) {
String strLibPath = "/home/work/JavaCodeLib/JNI_Learn/hello/hello/hello.so";
System.load(strLibPath);
return true;
} else if (OS.indexOf("unix") > -1) {
String strLibPath = "/home/work/JavaCodeLib/JNI_Learn/hello/hello/hello.so";
System.load(strLibPath);
return true;
} else if (OS.indexOf("solaris") > -1) {
String strLibPath = "/home/work/JavaCodeLib/JNI_Learn/hello/hello/hello.so";
System.load(strLibPath);
return true;
} else if (OS.indexOf("mac") > -1) {
String strLibPath = "/Users/wang/javaPrj/hello.dylib";
System.load(strLibPath);
return true;
} else {
return false;
}
}
}HelloJNI 类代码
//HelloJNI.java
packagecom.developerworks;
public class HelloJNI {
public native void sayHello();
}入口主函数调用代码
// 入口主函数调用代码
packagecom.developerworks;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// write your code here
Environment.initEnvironment();
// invoke the native method
newHelloJNI().sayHello();
}
}在上面代码中函数 System.loadLibrary() 是加载 dll（Windows）或 so（Linux）库，只需名称即可，无需加入文件名后缀（.dll 或 .so）。native 关键字将函数 sayHello() 声明为本地函数，由 C/C++实现。具体的实现就在 hello.dll（Windows 平台）或 hello.so（Linux 平台）中。
生成头文件
接下来我们将根据 HelloJNI类来生成 C/C++ 程序所需要的头文件。JNI 生成头文件是通过 JDK 中提供的 javah 工具来完成，javah 工具在 JAVA_HOME 环境变量所指向的目录下的 bin 文件夹中。使用 javah 工具生成头文件的步骤如下：
1. 打开 Windows 的控制台程序，使用 cd 命令进入到 WinJniDemo 工程的 src 目录下：
2. 执行javah命令生成头文件：
javah -classpath . -jni -encoding UTF-8 com.developerworks.HelloJNI
命令成功执行后，在 src 文件夹下会有一个 com_developerworks_HelloJNI.h。命令中 -classpath . 表示在当前目录下搜索类，-encoding UTF-8 表示使用 UTF-8 作为生成的头文件的编码，com.developerworks.HelloJNI 为指定的 Java 接口类。
com_developerworks_HelloJNI.h 代码
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class com_developerworks_HelloJNI */
#ifndef _Included_com_developerworks_HelloJNI
#define _Included_com_developerworks_HelloJNI
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* Class: com_developerworks_HelloJNI
* Method: sayHello
* Signature: ()V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_developerworks_HelloJNI_sayHello
(JNIEnv *, jobject);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif从上面代码可以看出 C/C++ 动态库的接口头文件已经生成了。
创建动态库工程
接下来我们使用 VS2013 创建一个 Win32 的动态库工程。
1. 创建一个 Win32 的动态库工程。
2. 将 com_developerworks_HelloJNI.h 加到工程，在工程里添加一个 com_developerworks_HelloJNI.cpp，目录结构如下图：
com_developerworks_HelloJNI.cpp 代码
#include "com_developerworks_HelloJNI.h"
#include <stdio.h>
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_developerworks_HelloJNI_sayHello
(JNIEnv* env, jobject obj)
{
printf("Hello,JNI!\n");
}3. 在工程的附加包含目录添加：$(JAVA_HOME)\include;$(JAVA_HOME)\include\win32，如下图：
编译运行工程
在 IntelliJ IDEA 2018 编译运行 Java 工程 WinJniDemo，生成 dll 文件，得到下面的运行效果：
在 Linux 平台上进行 JNI 编程
首先确保在 Linux 装有 GCC 和 JDK（Java 语言的软件开发工具包）。本文的代码例子适配的 Linux JDK 版本是 jdk-8u144-linux-x64。
1. 先用 GCC 编译 C/C++ 程序生成 so 库，执行下面的编译脚本：
gcc com_developerworks_HelloJNI.cpp -std=c++11 -fPIC -shared -I/usr/local/java/jdk1.8.0_144/include -I/usr/local/java/jdk1.8.0_144/include/linux -lm -o ./hello.so2. 然后使用 Eclipse 编译运行之前建好的 Java 工程，运行结果如下：
JNI 程序如何传递常用参数和返回值
JNI 程序开发中一个注意事项是参数传递和返回值处理。
Java 数据类型与 JNI 类型映射
Java 中的基本类型包括 boolean，byte，char，short，int，long，float，double，如果你用这几种类型做 native 方法的参数，当你通过 javah 工具生成 .h 文件的时候，这些基本类型分别对应的类型是 jboolean，jbyte，jchar，jshort，jint，jlong，jfloat，jdouble。因此基本类型的传递是可以直接传递的。下面是详细的 Java 数据类型与 JNI 类型映射表：
Java 数据类型与 JNI 类型映射表
| Java 类型 | 本地类型 | 描述 |
| boolean | jboolean | C/C++8 位整型 |
| byte | jbyte | C/C++ 带符号的 8 位整型 |
| char | jchar | C/C++ 无符号的 16 位整型 |
| short | jshort | C/C++带符号的 16 位整型 |
| int | jint | C/C++带符号的 32 位整型 |
| long | jlong | C/C++带符号的 64 位整型 |
| float | jfloat | C/C++32 位浮点型 |
| double | jdouble | C/C++64 位浮点型 |
| Object | jobject | 任何 Java 对象，或者没有对应 java 类型的对象 |
| Class | jclass | Class 对象 |
| String | jstring | 字符串对象 |
| Object[] | jobjectArray | 任何对象的数组 |
| boolean[] | jbooleanArray | 布尔型数组 |
| byte[] | jbyteArray | 比特型数组 |
| char[] | jcharArray | 字符型数组 |
| short[] | jshortArray | 短整型数组 |
| int[] | jintArray | 整型数组 |
| long[] | jlongArray | 长整型数组 |
| float[] | jfloatArray | 浮点型数组 |
| double[] | jdoubleArray | 双浮点型数组 |
String 参数的传递和返回
Java 的 String 和 C++ 的 String 是不能对等起来的，所以需要额外进行处理。具体就是使用 GetStringUTFChars 函数将 jstring 类型变成一个 char* 类型，返回的时候，要生成一个 jstring 类型的对象，也必须通过 NewStringUTF 函数来构造。下面是示例代码：
Java_com_developerworks_HelloJNI_getLine 函数代码
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_developerworks_HelloJNI_getLine
(JNIEnv* env, jobject obj, jstring prompt)
{
const char* str;
str = env->GetStringUTFChars(prompt, false);
if (str == NULL)
{
return NULL; /* OutOfMemoryError already thrown */
}
std::cout<<str<<std::endl;
env->ReleaseStringUTFChars(prompt, str);
char* tmpstr = "return string succeeded";
jstring rtstr = env->NewStringUTF(tmpstr);
return rtstr;
}数组类型的传递
和 String 一样，JNI 为 Java 基本类型的数组提供了 j*Array 类型，比如 int[] 对应的就是 jintArray。来看一个传递 int 数组的例子，具体是用 GetArrayLength 函数来获取数组的长度，使用 GetIntArrayElements 函数将 jintArray 转换为 jint* 类型。下面是示例代码：
Java_com_developerworks_HelloJNI_sumArray 函数代码
JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_developerworks_HelloJNI_sumArray
(JNIEnv *env, jobject obj, jintArray arr)
{
jint* carr = NULL;
carr = env->GetIntArrayElements(arr, false);
if (carr == NULL)
{
return 0; /* exception occurred */
}
int size = env->GetArrayLength(arr);
jint sum = 0;
for (int i = 0; i < size; i++)
{
sum += carr[i];
}
env->ReleaseIntArrayElements(arr, carr, 0);
return sum;
}如何调试 JNI 程序
下面分别介绍如何在 Windows 和 Linux 平台上调试程序。
在 Windows 平台上调试程序
在 Windows 平台上调试 JNI 程序的流程如下所示。
1. 在 Idea 上以 Debug 方式运行 Java 程序，在 String input = hello.getLine(“this is a prompt”);这句代码设置一个断点，运行到该断点时停下来，如下图：
2. 在 VS 2013 上选择附加的 Java 进程，如下图：
然后，选择对应的 Java 进程并进行附加。
3. 在 C++ 程序中的函数中加上断点，继续运行 Java 程序，一会儿就可以看到程序已经运行到了 C++ 代码中，如下图：
在 Linux 平台上调试程序
在 Linux 平台调试 JNI 程序的流程如下所示。
1. 给 Eclipse 安装 CDT 插件，如下图：
2. 使用 Eclipse 创建一个 C++ Shared Library 工程（如下图），然后把 com_developerworks_HelloJNI.h 和 com_developerworks_HelloJNI.cpp 加到工程，编译生成。
3. 以 Debug 方式运行 Java 程序，在 String input = hello.getLine(“this is a prompt”); 这句代码设置一个断点，运行到该断点时停下来。
4. 设置 Eclipse C++ 工程调试配置。右键选择 C++ Shared Library 工程，在右键菜单中选择 Debug > Debug Configurations，在 Debug Configurations 窗口里选择 C/C++ Attach to Application，在 Debugger 选项卡里勾选 Non-stop mode，单击 Debug 按钮，如下图：
然后在 Eclipse 上选择附加相应的 Java 程序的进程。
5. 在 C++ 程序中的函数中加上断点，继续运行 Java 程序，一会儿就可以看到程序已经运行到了 C++ 代码中，如下图：
通过本文希望大家能大概了解在 Windows 和 Linux 使用 JNI 开发的常规流程。本文只是 JNI 开发的一个快速入门，如果要使用 JNI 进行更高级的开发，还会涉及到 JNI 的异常处理、JNI 中的引用等知识点，大家可以自行展开进一步学习。
