JNA-JNI升级版

四、JNA技术解密

 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。

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

Buffer
Pointer

pointer

platform-dependent (32- or 64-bit pointer to memory)

<T>[] (array of primitive type)

pointer
array

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。

String

char*

NUL-terminated array (native encoding or jna.encoding)

WString

wchar_t*

NUL-terminated array (unicode)

String[]

char**

NULL-terminated array of C strings

WString[]

wchar_t**

NULL-terminated array of wide C strings

Structure

struct*
struct

pointer to struct (argument or return) (or explicitly)
struct by value (member of struct) (or explicitly)

Union

union

same as Structure

Structure[]

struct[]

array of structs, contiguous in memory

Callback

<T> (*fp)()

function pointer (Java or native)

NativeMapped

varies

depends on definition

NativeLong

long

platform-dependent (32- or 64-bit integer)

PointerType

pointer

same as Pointer

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:

一,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

二,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。

    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。

如果要使用WEBService,更为简单直接的做法是手工使用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!

如果在程序中,有复杂的数据类型和庞大的跨平台数据传递。那么必须另外写一些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怎么办?

 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。


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