深入了解native方法

一、什麼是native方法

Native方法指的是由C、C++或其他本地語言編寫的方法，這些方法可以被Java程序調用。Java Native Interface（JNI）是用於實現Java和本地代碼之間交互的標準編程介面。

通常情況下，Java程序可以通過對Java API調用實現對本地方法的調用，但是某些情況下，Java API無法完成某些任務，例如涉及到操作系統級別的任務時，就需要使用Native方法。

Java平台的各種實現都提供了JNI，但是這一技術需要進行代碼編寫和不同操作系統之間的調試。

二、如何在Java程序中調用native方法

在Java程序中調用native方法有如下幾個步驟：

1、聲明native方法：使用native關鍵字聲明方法，如下所示：

public native void myMethod();

2、編寫本地方法實現：編寫C或C++代碼來實現native方法。本地方法實現應該使用JNIEXPORT和JNICALL宏定義，如下所示：

JNIEXPORT void JNICALL Java_MyClass_myMethod(JNIEnv *env, jobject obj)
{
  // 實現代碼
}

3、編譯本地庫文件：將C或C++代碼編譯成本地庫文件（.so或.dll），可以使用命令行工具或IDE完成。

4、載入本地庫文件：使用System.loadLibrary(“myLibrary”)或System.load(“myLibrary.dll”)方法載入本地庫文件。

5、調用native方法：在Java代碼中，使用類似以下方式調用native方法：

MyClass obj = new MyClass();
obj.myMethod();

三、為什麼要使用native方法

有如下幾個方面的原因會導致使用native方法：

1、性能問題：一些操作系統級別的任務需要直接訪問操作系統資源，這些任務使用Java API執行會嚴重影響性能。此時，使用native方法可以提高程序的運行效率。

2、硬體訪問：Java通常是用於軟體開發的語言，對於硬體設備的訪問通常需要使用本地方法。例如，針對專用硬體設備進行數據採集和控制時。在這種情況下，原始設備驅動程序通常使用C或C++編寫。

3、跨平台性：儘管Java試圖掩蓋底層的平台差異，但是當你需要直接訪問底層資源時，就需要使用本地方法來訪問不同的平台資源。

4、訪問非Java庫：在調用非Java庫時，需要使用本地方法來訪問C或其他語言的庫。

四、native方法的限制

使用native方法也有一些限制：

1、跨平台問題：native方法封裝了平台特定的代碼，並且在不同平台上可能需要不同的實現。這些實現需要手動進行編寫和測試。

2、可移植性：native方法通過訪問系統資源進行實現，因此在程序被遷移到其他平台時，native方法必須進行相應的變更並重新編譯和測試。

3、安全問題：使用native方法需要小心謹慎，因為可能存在安全問題。一些不安全的native方法可能會導致堆棧溢出和緩衝區溢出等問題。

五、代碼示例

下面是一個簡單的native方法示例：

// Java類：MyClass.java
public class MyClass {
   static {
      System.loadLibrary("MyLibrary");
   }
   public native void myMethod();
}

// C++代碼 myclass.cpp
#include 
#include 
#include "MyClass.h"

JNIEXPORT void JNICALL Java_MyClass_myMethod(JNIEnv *env, jobject obj) {
   printf("This is a native method!\n");
}

// 編譯
$ javac MyClass.java
$ javah -jni MyClass
$ g++ -fPIC -shared -I/usr/lib/jvm/java-8-oracle/include -I/usr/lib/jvm/java-8-oracle/include/linux myclass.cpp -o libMyLibrary.so

// 運行Java程序
$ java MyClass
This is a native method!