深入了解native方法

一、什么是native方法

Native方法指的是由C、C++或其他本地语言编写的方法，这些方法可以被Java程序调用。Java Native Interface（JNI）是用于实现Java和本地代码之间交互的标准编程接口。

通常情况下，Java程序可以通过对Java API调用实现对本地方法的调用，但是某些情况下，Java API无法完成某些任务，例如涉及到操作系统级别的任务时，就需要使用Native方法。

Java平台的各种实现都提供了JNI，但是这一技术需要进行代码编写和不同操作系统之间的调试。

二、如何在Java程序中调用native方法

在Java程序中调用native方法有如下几个步骤：

1、声明native方法：使用native关键字声明方法，如下所示：

public native void myMethod();

2、编写本地方法实现：编写C或C++代码来实现native方法。本地方法实现应该使用JNIEXPORT和JNICALL宏定义，如下所示：

JNIEXPORT void JNICALL Java_MyClass_myMethod(JNIEnv *env, jobject obj)
{
  // 实现代码
}

3、编译本地库文件：将C或C++代码编译成本地库文件（.so或.dll），可以使用命令行工具或IDE完成。

4、加载本地库文件：使用System.loadLibrary("myLibrary")或System.load("myLibrary.dll")方法加载本地库文件。

5、调用native方法：在Java代码中，使用类似以下方式调用native方法：

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

三、为什么要使用native方法

有如下几个方面的原因会导致使用native方法：

1、性能问题：一些操作系统级别的任务需要直接访问操作系统资源，这些任务使用Java API执行会严重影响性能。此时，使用native方法可以提高程序的运行效率。

2、硬件访问：Java通常是用于软件开发的语言，对于硬件设备的访问通常需要使用本地方法。例如，针对专用硬件设备进行数据采集和控制时。在这种情况下，原始设备驱动程序通常使用C或C++编写。

3、跨平台性：尽管Java试图掩盖底层的平台差异，但是当你需要直接访问底层资源时，就需要使用本地方法来访问不同的平台资源。

4、访问非Java库：在调用非Java库时，需要使用本地方法来访问C或其他语言的库。

四、native方法的限制

使用native方法也有一些限制：

1、跨平台问题：native方法封装了平台特定的代码，并且在不同平台上可能需要不同的实现。这些实现需要手动进行编写和测试。

2、可移植性：native方法通过访问系统资源进行实现，因此在程序被迁移到其他平台时，native方法必须进行相应的变更并重新编译和测试。

3、安全问题：使用native方法需要小心谨慎，因为可能存在安全问题。一些不安全的native方法可能会导致堆栈溢出和缓冲区溢出等问题。

五、代码示例

下面是一个简单的native方法示例：

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

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

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

// 编译
$ 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

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