第 6 章 一 本地方法接口 (Java Native Interface) 和 本地方法栈 (运行时数据区中的结构)

第 6 章 本地方法接口

Java Native Interface (JNI)

1、本地方法

什么是本地方法？

• 使用native修饰的方法, 没有方法体(实现体), 因为具体方法实现是由非Java代码实现的。
• 作用: 融合不同的编程语言为Java所用

1. 简单地讲，一个Native Method是一个Java调用非Java代码的接囗
2. 一个Native Method是这样一个Java方法：该方法的实现由非Java语言实现，比如C/C++。
3. 这个特征并非Java所特有，很多其它的编程语言都有这一机制，比如在C++中，你可以用extern告知C++编译器去调用一个C的函数。
4. “A native method is a Java method whose implementation is provided by non-java code.”（本地方法是一个非Java的方法，它的具体实现是非Java代码的实现）
5. 在定义一个native method时，并不提供实现体（有些像定义一个Java interface），因为其实现体是由非java语言在外面实现的。
6. 本地接口的作用是融合不同的编程语言为Java所用，它的初衷是融合C/C++程序。

native 方法举例

Object 类的getClass() 方法

public final native Class getClass();

Thread 类的start()方法

public synchronized void start() {
    /**
     * This method is not invoked for the main method thread or "system"
     * group threads created/set up by the VM. Any new functionality added
     * to this method in the future may have to also be added to the VM.
     *
     * A zero status value corresponds to state "NEW".
     */
    if (threadStatus != 0)
        throw new IllegalThreadStateException();

    /* Notify the group that this thread is about to be started
     * so that it can be added to the group's list of threads
     * and the group's unstarted count can be decremented. */
    group.add(this);

    boolean started = false;
    try {
        start0();
        started = true;
    } finally {
        try {
            if (!started) {
                group.threadStartFailed(this);
            }
        } catch (Throwable ignore) {
            /* do nothing. If start0 threw a Throwable then
              it will be passed up the call stack */
        }
    }
}

private native void start0();

• 代码举例说明Native方法如何编写
• 需要注意的是：标识符native可以与其它java标识符连用，但是abstract除外

public class IHaveNatives {
    public native void Native1(int x);

    public native static long Native2();

    private native synchronized float Native3(Object o);

    native void Native4(int[] ary) throws Exception; 
}

为什么要使用 Native Method？

• 有些层次的任务, 使用Java代码效率可能没有C/C++高, 此时就native的方法实现就可以使用C/C++实现

• Java使用起来非常方便，然而有些层次的任务用Java实现起来不容易，或者我们对程序的效率很在意时，问题就来了。

与Java环境的交互

1. 有时Java应用需要与Java外面的硬件环境交互，这是本地方法存在的主要原因。你可以想想Java需要与一些底层系统，如操作系统或某些硬件交换信息时的情况。
2. 本地方法正是这样一种交流机制 : 它为我们提供了一个非常简洁的接口，而且我们无需去了解Java应用之外的繁琐的细节。

与操作系统的交互

1. JVM支持着Java语言本身和运行时库，它是Java程序赖以生存的平台，它由一个解释器（解释字节码）和一些连接到本地代码的库组成。
2. 然而不管怎样，它毕竟不是一个完整的系统，它经常依赖于一底层系统的支持。这些底层系统常常是强大的操作系统。
3. 通过使用本地方法，我们得以用Java实现了jre的与底层系统的交互，甚至JVM的一些部分就是用C写的。
4. 还有，如果我们要使用一些Java语言本身没有提供封装的操作系统的特性时，我们也需要使用本地方法。

本地方法的现状

• 目前该方法使用的越来越少了，除非是与硬件有关的应用，比如通过Java程序驱动打印机或者Java系统管理生产设备，在企业级应用中已经比较少见。因为现在的异构领域间的通信很发达，比如可以使用Socket通信，也可以使用Web Service等等，不多做介绍。

本地方法栈 1、本地方法栈

• 用来管理本地方法(Native Method)的调用

本地方法栈的特点

1. Java虚拟机栈管理Java方法(栈帧)的调用，而本地方法栈用于管理本地方法的调用。
2. 本地方法栈，也是线程私有的。
3. 允许被实现成固定或者是可动态扩展的内存大小（在内存溢出方面和虚拟机栈相同）
   • 如果线程请求分配的方法栈容量超过本地方法栈允许的最大容量，Java虚拟机将会抛出一个stackoverflowError 异常。
   • 如果本地方法栈可以动态扩展，并且在尝试扩展的时候无法申请到足够的内存，或者在创建新的线程时没有足够的内存去创建对应的本地方法栈，那么Java虚拟机将会抛出一个outofMemoryError异常。
4. 本地方法一般是使用C语言实现的。
5. 它的具体做法是Native Method Stack中登记native方法，在Execution Engine 执行时加载本地方法库。

注意事项

1. 当某个线程调用一个本地方法时，它就进入了一个全新的并且不再受虚拟机限制的世界。它和虚拟机拥有同样的权限。
   • 本地方法可以通过本地方法接口来访问虚拟机内部的运行时数据区
   • 它甚至可以直接使用本地处理器中的寄存器
   • 直接从本地内存的堆中分配任意数量的内存
2. 并不是所有的JVM都支持本地方法。因为Java虚拟机规范并没有明确要求本地方法栈的使用语言、具体实现方式、数据结构等。如果JVM产品不打算支持native方法，也可以无需实现本地方法栈。
3. 在Hotspot JVM中，直接将本地方法栈和虚拟机栈合二为一。