一文搞懂 Java 中的 Native 方法

1. 简介

1.1 个人理解

初次遇见 native 是在 java.lang.String 源码中的一个 intern 方法：

public native String intern();

因为还是第一次遇到，所以就去搜了一些文章进行了解。下面就对一些 Native 关键字进行一些总结。

native 也即 JNI —— Java Native Interface（Java 本地接口）。凡是一种语言，都希望是纯的。比如解决某一个方案就单单使用同一个语言来实现。而 Java 却不然，Java 平台有个用户和本地 C 代码进行相互操作的 API，称为 Java Native Interface (Java 本地接口)。也就是说，相当于使用 Java 语言声明了一个方法，而这个方法的具体实现是在其他语言（如 C、C++等）中实现的，所以 Java 中编写的也就类似于一个接口，只是这个接口被称作本地接口。

Java 使用本地接口也是有原因的，因为 Java 的平台无关性，有优势当然也有牺牲，它的缺点就是不能使用 Java 代码直接对一些底层进行操作，但是对底层的操作又是一个语言必不可少的，于是 Java 就想到了间接去操作底层，而中间利用的就是操作系统。所以有些方法，Java 声明为了 native ，具体的实现是在 DLL 中，JVM 去进行真正的操作。

简单记忆：native 方法是 Java 中声明，由操作系统中具体方法实现。

1.2 其他介绍

网友见解：

• native 是与 C++ 联合开发的时候用的！java 自己开发不用的！
• 使用 native 关键字说明这个方法是原生函数，也就是这个方法是用 C/C++ 语言实现的，并且被编译成了 DLL，由 Java去调用。
  这些函数的实现体在 DLL 中，JDK 的源代码中并不包含，你应该是看不到的。对于不同的平台它们也是不同的。这也是 Java 的底层机制，实际上 Java 就是在不同的平台上调用不同的 native 方法实现对操作系统的访问的。
• native 是用做 java 和其他语言（如c++）进行协作时用的也就是 native 后的函数的实现不是用 Java 写的，既然都不是 Java，那就别管它的源代码了，呵呵。
• native 的意思就是通知操作系统，这个函数你必须给我实现，因为我要使用。所以 native 关键字的函数都是操作系统实现的，Java 只能调用。
• Java 是跨平台的语言，既然是跨了平台，所付出的代价就是牺牲一些对底层的控制，而 Java 要实现对底层的控制，就需要一些其他语言的帮助，这个就是 native 的作用了
• Java 不是完美的，Java 的不足除了体现在运行速度上要比传统的 C++ 慢许多之外，Java 无法直接访问到操作系统底层（如系统硬件等)，为此 Java 使用 native 方法来扩展 Java 程序的功能。

Java 本地方法适用的情况：

1. 为了使用底层的主机平台的某个特性，而这个特性不能通过 Java API 访问；
2. 为了访问一个老的系统或者使用一个已有的库，而这个系统或这个库不是用 Java 编写的；
3. 为了加快程序的性能，而将一段时间敏感的代码作为本地方法实现。

2. 用 Java 调用 C 的实例

为了更好的理解 Java 中调用 Native 方法，特来编写一个具体的小的测试。

以下所有文件都存于个人本地文件夹：C:\Users\Eric\Desktop\NativeTest。

2.1 创建包含本地方法的类

在文件夹下创建一个 HelloNative.java 文件，里面包含着一个 native 的方法和加载库的方法 loadLibrary。代码如下：

public class HelloNative {
    
    
    static {
    
    
        // 注意加载库的名字为 HelloNative，需要与下文的生成文件保持一致
        System.loadLibrary("HelloNative");
    }
     
    public static native void sayHello();
     
    @SuppressWarnings("static-access")
    public static void main(String[] args) {
    
    
        new HelloNative().sayHello();
    }
}

首先注意的是 native 方法，然后那个加载库的静态代码块在后面也起作用。native 关键字告诉编译器（其实是 JVM）调用的是该方法在外部定义，这里指的是 C。

2.2 编译运行

在当前文件夹下使用 CMD 命令行编译 HelloNative.java，如下。

如果当前类中没有 Native 方法，那么我们可以直接使用 java 命令直接运行，但是此时大家直接运行这个代码，会出现以下结果：

意思是虚拟机说不知道如何找到 sayHello。因为我们定义的 sayHello 方法为 native 类型，所以我们还需要再进行下文的操作步骤。

2.3 获得头文件

在当前文件目录下运行 javah，得到包含该方法的 C 声明头文件 。命令如下：

javah HelloNative       # 生成 .h文件

得到的结果如下：

得到的 HelloNative.h 文件，内容如下：

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class HelloNative */
 
#ifndef _Included_HelloNative
#define _Included_HelloNative
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
    
    
#endif
/*
 * Class:     HelloNative
 * Method:    sayHello
 * Signature: ()V
 */
JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloNative_sayHello
  (JNIEnv *, jclass);
 
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

这个头文件中可以看见我们声明的 Java 本地化 sayHello 方法，对应 C 的声明：JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloNative_sayHello(JNIEnv *, jclass);，我们只要实现这个方法即可。

注意：头文件中 jni.h 这个文件，是在本地 JDK 目录下的 include 文件夹中，例如我的目录：

2.3 C 实现头文件的声明方法

生成了头文件之后，我们再在当前文件夹下创建一个 HelloNative.c 文件，并简单地实现 HelloNative.h 文件中声明的 sayHello 方法，代码如下：

// 包含刚才生成的.h文件
#include "HelloNative.h"
#include <stdio.h>

JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloNative_sayHello(JNIEnv *env, jclass thisClass) {
    
    
    printf("Hello, Native!!");
}

结果：

2.4 生成动态链接库

到了这一步，我们需要将上述两个文件 HelloNative.c 和 HelloNative.h 编译为动态链接库。

这里说明两种方法：分步编译或一次性编译形成动态链接库文件。

（1）一次性编译

在 Windows CMD 命令行里，使用如下命令：

gcc -m64  -Wl,--add-stdcall-alias -I"C:/Program Files/Java/jdk1.8.0_181/include" -I"C:/Program Files/Java/jdk1.8.0_181/include/win32" -shared -o HelloNative.dll HelloNative.c

注意：上述 JDK 为个人本地路径，需要根据个人情况进行修改。-m64 表示生成 dll 库是 64 位的，参数 -I 指定头文件路径上述命令运行后，我们会在目录文件夹下生成相应的动态链接库文件，如下：

如果使用的 Windows 上面没有 gcc，需要先下载压缩包然后配置一下环境变量即可使用（两分钟就搞定），压缩包及配置步骤，这里推荐一条博文：解决mingw-w64外网下载太慢问题，离线包安装配置过程讲解

（2）分步编译

为了演示分步编译，我们先把上面一次性编译生成的动态链接库文件 HelloNative.dll 给删除掉。然后再执行如下命令：

$ gcc -c -I"C:/Program Files/Java/jdk1.8.0_181/include" -I"C:/Program Files/Java/jdk1.8.0_181/include/win32" HelloNative.c  HelloNative.h

结果如下：

在这里我们只需要先关注生成的 HelloNative.o 文件，然后我们执行第二步骤的命令，将该文件编译为 dll 文件：

$ gcc -Wl,--add-stdcall-alias -shared -o HelloNative.dll HelloNative.o

结果如下：

2.5 再次运行Java类

使用 2.4 中的任意一种方法生成动态链接库 HelloNative.dll 文件后，我们再次使用 java 命令运行 Java 类，结果如下：

我们可以看到 Java 类已经可以成功运行了，并且我们也可以看出它运行的实际是我们使用 C 语言编写的实现方法，它作为本地方法 native 来被 Java 代码调用。

2.6 总结

可以将 native 方法比作 Java 程序同Ｃ程序的接口，其实现步骤：

1. 在 Java 中声明 native 方法，然后编译成 .class 文件；
2. 用 javah 产生一个 .h 文件；
3. 写一个 .c 或 .cpp 文件实现 native 导出方法，其中需要包含第二步产生的 .h 文件（注意其中又包含了JDK带的jni.h文件）；
4. 将第三步的 .c 或 .cpp 文件编译成动态链接库文件；
5. 在 Java 中用 System.loadLibrary() 方法加载第四步产生的动态链接库文件，这个 native 方法就可以在 Java 中被访问了。

JNI 调用 C 流程图：

参考文章

• Java native方法
• Java Programming TutorialJava Native Interface (JNI)
• Java的native方法是什么