native關鍵字（本地方法）、 java調用so動态連結庫

 一. 什麼是Native Method

   簡單地講，一個Native Method就是一個java調用非java代碼的接口。一個Native Method是這樣一個java的方法：該方法的實作由非java語言實作，比如C。這個特征并非java所特有，很多其它的程式設計語言都有這一機制，比如在C＋＋中，你可以用extern "C"告知C＋＋編譯器去調用一個C的函數。

   "A native method is a Java method whose implementation is provided by non-java code."

   在定義一個native method時，并不提供實作體（有些像定義一個java interface），因為其實作體是由非java語言在外面實作的。，下面給了一個示例：   

        辨別符native可以與所有其它的java辨別符連用，但是abstract除外。這是合理的，因為native暗示這些方法是有實作體的，隻不過這些實作體是非java的，但是abstract卻顯然的指明這些方法無實作體。native與其它java辨別符連用時，其意義同非Native Method并無差别。

    一個native method方法可以傳回任何java類型，包括非基本類型，而且同樣可以進行異常控制。這些方法的實作體可以自制一個異常并且将其抛出，這一點與java的方法非常相似。

    native method的存在并不會對其他類調用這些本地方法産生任何影響，實際上調用這些方法的其他類甚至不知道它所調用的是一個本地方法。JVM将控制調用本地方法的所有細節。

    如果一個含有本地方法的類被繼承，子類會繼承這個本地方法并且可以用java語言重寫這個方法（這個似乎看起來有些奇怪），同樣的如果一個本地方法被fianl辨別，它被繼承後不能被重寫。

   本地方法非常有用，因為它有效地擴充了jvm.事實上，我們所寫的java代碼已經用到了本地方法，在sun的java的并發（多線程）的機制實作中，許多與作業系統的接觸點都用到了本地方法，這使得java程式能夠超越java運作時的界限。有了本地方法，java程式可以做任何應用層次的任務。

二.為什麼要使用Native Method

   java使用起來非常友善，然而有些層次的任務用java實作起來不容易，或者我們對程式的效率很在意時，問題就來了。

   與java環境外互動：

   有時java應用需要與java外面的環境互動。這是本地方法存在的主要原因，你可以想想java需要與一些底層系統如作業系統或某些硬體交換資訊時的情況。本地方法正是這樣一種交流機制：它為我們提供了一個非常簡潔的接口，而且我們無需去了解java應用之外的繁瑣的細節。

   與作業系統互動：

   JVM支援着java語言本身和運作時庫，它是java程式賴以生存的平台，它由一個解釋器（解釋位元組碼）和一些連接配接到本地代碼的庫組成。然而不管怎樣，它畢竟不是一個完整的系統，它經常依賴于一些底層（underneath在下面的）系統的支援。這些底層系統常常是強大的作業系統。通過使用本地方法，我們得以用java實作了jre的與底層系統的互動，甚至JVM的一些部分就是用C寫的，還有，如果我們要使用一些java語言本身沒有提供封裝的作業系統的特性時，我們也需要使用本地方法。

    Sun's Java

    Sun的解釋器是用C實作的，這使得它能像一些普通的C一樣與外部互動。jre大部分是用java實作的，它也通過一些本地方法與外界互動。例如：類java.lang.Thread 的 setPriority()方法是用java實作的，但是它實作調用的是該類裡的本地方法setPriority0()。這個本地方法是用C實作的，并被植入JVM内部，在Windows 95的平台上，這個本地方法最終将調用Win32 SetPriority() API。這是一個本地方法的具體實作由JVM直接提供，更多的情況是本地方法由外部的動态連結庫（external dynamic link library）提供，然後被JVM調用。

三.JVM怎樣使Native Method跑起來：

    我們知道，當一個類第一次被使用到時，這個類的位元組碼會被加載到記憶體，并且隻會回載一次。在這個被加載的位元組碼的入口維持着一個該類所有方法描述符的list，這些方法描述符包含這樣一些資訊：方法代碼存于何處，它有哪些參數，方法的描述符（public之類）等等。

    如果一個方法描述符内有native，這個描述符塊将有一個指向該方法的實作的指針。這些實作在一些DLL檔案内，但是它們會被作業系統加載到java程式的位址空間。當一個帶有本地方法的類被加載時，其相關的DLL并未被加載，是以指向方法實作的指針并不會被設定。當本地方法被調用之前，這些DLL才會被加載，這是通過調用java.system.loadLibrary()實作的。

   最後需要提示的是，使用本地方法是有開銷的，它喪失了java的很多好處。如果别無選擇，我們可以選擇使用本地方法。

可以将native方法比作Java程式同Ｃ程式的接口，其實作步驟：

１、在Java中聲明native()方法，然後編譯；

２、用javah産生一個.h檔案；

３、寫一個.cpp檔案實作native導出方法，其中需要包含第二步産生的.h檔案（注意其中又包含了JDK帶的jni.h檔案）；

４、将第三步的.cpp檔案編譯成動态連結庫檔案；

５、在Java中用System.loadLibrary()方法加載第四步産生的動态連結庫檔案，這個native()方法就可以在Java中被通路了。

具體實作方法可以從網上查找，這裡就不寫了

不過，又引出兩個東西：javah.exe指令和JNI

自己寫了一個調用VB的DLL的例子，不過還沒寫完，調用函數部分不會寫，隻寫了加載DLL的過程

JAVA部分：

VB部分：

用JNI實作

執行個體：

建立HelloWorld.java

class HelloWorld

{

private native void print();

public staticvoid main(String[] args)

new HelloWorld().print();

}

static

System.loadLibrary("HelloWorld");

注意print方法的聲明，關鍵字native表明該方法是一個原生代碼實作的。另外注意static代碼段的System.loadLibrary調用，這段代碼表示在程式加載的時候，自動加載libHelloWorld.so庫。

編譯HelloWorld.java

在指令行中運作如下指令：

javac HelloWorld.java

在目前檔案夾編譯生成HelloWorld.class。

生成HelloWorld.h

javah -jni HelloWorld

在目前檔案夾中會生成HelloWorld.h。打開HelloWorld.h将會發現如下代碼：

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */

#include <jni.h>

/* Header for class HelloWorld */

#ifndef _Included_HelloWorld

#define _Included_HelloWorld

#ifdef __cplusplus

extern "C" {

#endif

/*

 * Class:     HelloWorld

 * Method:    print

 * Signature: ()V

 */

JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_print

(JNIEnv *, jobject);

該檔案中包含了一個函數Java_HelloWorld_print的聲明。這裡面包含兩個參數，非常重要，後面講實作的時候會講到。

實作HelloWorld.c

建立HelloWorld.c檔案輸入如下的代碼：

#include <stdio.h>

#include "HelloWorld.h"

JNIEXPORT void JNICALL

Java_HelloWorld_print(JNIEnv *env, jobject obj)

printf("Hello World!\n");

注意必須要包含jni.h頭檔案，該檔案中定義了JNI用到的各種類型，宏定義等。

另外需要注意Java_HelloWorld_print的兩個參數，本例比較簡單，不需要用到這兩個參數。但是這兩個參數在JNI中非常重要。

env代表java虛拟機環境，Java傳過來的參數和c有很大的不同，需要調用JVM提供的接口來轉換成C類型的，就是通過調用env方法來完成轉換的。

obj代表調用的對象，相當于c++的this。當c函數需要改變調用對象成員變量時，可以通過操作這個對象來完成。

編譯生成libHelloWorld.so

在Linux下執行如下指令來完成編譯工作：

cc -I/usr/lib/jvm/java-6-sun/include/linux/

-I/usr/lib/jvm/java-6-sun/include/

-fPIC -shared -o libHelloWorld.so HelloWorld.c

或者（我是這樣編譯的） 

gcc -I$JAVA_HOME/include -I$JAVA_HOME/include/linux -fPIC -shared -o libHelloWorld.so HelloWorld.c

在目前目錄生成libHelloWorld.so。注意一定需要包含Java的include目錄（請根據自己系統環境設定），因為Helloworld.c中包含了jni.h。

另外一個值得注意的是在HelloWorld.java中我們LoadLibrary方法加載的是

“HelloWorld”，可我們生成的Library卻是libHelloWorld。這是Linux的連結規定的，一個庫的必須要是：lib+庫

名+.so。連結的時候隻需要提供庫名就可以了。

運作Java程式HelloWorld

大功告成最後一步，驗證前面的成果的時刻到了：

java HelloWorld

如果你這步發生問題，如果這步你收到java.lang.UnsatisfiedLinkError異常，可以通過如下方式指明共享庫的路徑：

java -Djava.library.path='.' HelloWorld

當然還有其他的方式可以指明路徑請參考《在Linux平台下使用JNI》。

我們可以看到久違的“Hello world!”輸出了。