什么是jni编程

JNI (Java Native Interface) 编程是一种通过JNI标准进行交叉语言编程的技术，允许Java代码与其他语言编写的应用程序或库进行交互。 在JNI编程中，最为显著的一点就是它提供了一种机制，使得Java平台能够与本地代码（如C或C++编写的代码）通信，允许开发者执行两个主要任务：调用本地方法以及在Java虚拟机（JVM）中使用本地数据结构。 通过JNI，开发者可以将系统级或特定于平台的特性融入到Java应用程序中，同时还能够优化性能，使用已有的本地库。

一、JNI 介绍与概念

JNI 是一个能让Java代码和其他语言写的代码互操作的框架。它定义了一套API，通过这套API，Java程序可以执行本地应用程序或者库中的代码，反之亦然。JNI不仅使得现有的库可以重用，减少重复开发的工作，而且在性能上也提供了极大的提升，因为本地方法通常能更接近底层系统，运行效率更高。

二、JNI 的使用场景

JNI 的使用场景多种多样，主要包括对性能要求极高的场合、现有本地库的复用以及平台特定功能的访问。性能关键型应用，如音视频处理、加密解密等，由于对延迟和吞吐量要求极高，使用JNI调用本地实现可以获得更好的性能。此外，JNI也常用于旧系统的整合工作，在不破坏现有架构的前提下，将Java引入到项目中。

三、JNI 编程步骤

在进行 JNI 编程时，需要遵循一定的步骤来确保代码能够正确执行：

1. 创建 Java 类和原生方法声明

开发者首先需要定义一个Java类，并声明一些native方法，这些方法的实现将在后面用其他编程语言（例如C或C++）编写。

2. 生成和编写本地代码

利用javah工具从声明了本地方法的Java类生成相应的C/C++头文件，然后基于生成的头文件编写相应的本地方法实现代码。

3. 编译本地代码生成动态链接库

将步骤2中编写的C/C++源代码编译成动态链接库（如.so或.dll文件），这是本地代码能够被JVM调用的必要步骤。

4. 在Java代码中加载库并调用本地方法

在Java代码中使用System.loadLibrary方法加载步骤3中创建的动态链接库，并调用本地方法执行所需的操作。

四、JNI 的关键概念和构建块

JNI 编程涉及到多个核心的概念和构建块，这些包括：

1. JNI 方法签名

JNI 方法签名是一种特殊的符号表示，用于在本地代码中唯一标识Java方法。

2. JNI 数据类型

JNI为了提供Java和本地编程语言间的数据类型一致性，定义了一系列与Java数据类型相对应的本地数据类型。

3. 动态链接库

动态链接库（如.so或.dll文件）是包含实现本地方法的代码，与Java应用程序在运行时动态链接。

4. 缓冲区

JNI提供了如Direct ByteBuffer等缓冲区管理功能，用于在Java层和本地层之间高效传输大量数据。

五、JNI 的优势与挑战

JNI 的最大优势在于其跨语言的特性，它能使Java程序访问本地系统资源和库，以及针对性能进行调优。然而，也存在不少挑战，如内存管理错误可能导致程序崩溃、调试困难，以及与Java语言的自动内存管理机制相冲突的问题。

六、高级JNI特性与技术

对于有经验的开发者，JNI 还提供了一些高级功能：

1. 异常处理

JNI 支持本地代码中的错误和异常处理，允许本地方法抛出异常到Java层。

2. 引用管理

JNI 提供了全局引用和局部引用的管理方式，保证在本地代码中正确地管理对Java对象的引用。

3. 线程管理

JNI 支持多线程，允许本地代码并发执行，同时需要确保线程安全和同步。

4. NIO支持

JNI 与Java的NIO系统紧密集成，使得本地I/O操作可以不必转换为Java层面的对象。

JNI 编程是Java开发者扩展Java应用能力的重要技术手段，尽管存在一定的复杂性与学习曲线，但其给予的性能优势和语言扩展性往往是值得的。

相关问答FAQs：

什么是JNI编程？

JNI编程是Java Native Interface的缩写，是一种用于在Java程序中调用本地（即非Java语言编写）代码的技术。它允许Java应用程序与本地代码进行交互，以实现更高级的功能或调用底层的系统库。

为什么需要使用JNI编程？

使用JNI编程可以充分利用本地代码的优势，包括更高的性能和访问底层系统资源的能力。有以下几种情况下可能需要使用JNI编程：

1. 调用底层系统库：有些功能可能只能通过调用底层系统库才能实现，例如操作系统级的功能、硬件驱动程序等。
2. 性能优化：对于需要频繁调用的关键代码，使用JNI编程可以避免Java虚拟机的解释和执行开销，提高程序的性能。
3. 跨平台开发：JNI允许Java应用程序在不同的操作系统上运行，并调用适合每个操作系统的本地代码。

如何进行JNI编程？

进行JNI编程需要以下几个步骤：

1. 定义本地方法：在Java类中声明native关键字，表示该方法为本地方法。例如：public native void myMethod();
2. 生成头文件：使用Java自带的工具javac和javah，将Java源文件编译成.class文件，再使用javah生成与类对应的头文件，该头文件将用于编写本地代码。
3. 编写本地代码：根据生成的头文件，编写对应的本地代码，使用C/C++或其他支持的本地语言编写。
4. 编译和链接：将本地代码编译成动态链接库（DLL文件或共享库文件），并与Java程序进行链接。
5. 运行Java程序：在运行Java程序时，确保本地库文件所在的路径被正确配置。
6. 调用本地方法：通过Java程序调用本地方法，实现与本地代码的交互。例如：myMethod();

需要注意的是，JNI编程涉及到Java和本地代码之间的交互，因此需要了解一定的Java和本地语言（例如C/C++）的知识，并且需要注意内存管理和类型转换等问题，以确保程序的正确性和稳定性。