教你在JNA中将本地方法映射到JAVA代码中的示例

简介

不管是JNI还是JNA，最终调用的都是native的方法，但是对于JAVA程序来说，一定需要一个调用native方法的入口，也就是说我们需要在JAVA方法中定义需要调用的native方法。

对于JNI来说，我们可以使用native关键字来定义本地方法。那么在JNA中有那些在JAVA代码中定义本地方法的方式呢？

Library Mapping

要想调用本地的native方法，首选需要做的事情就是加载native的lib文件。我们把这个过程叫做Library Mapping，也就是说把native的library 映射到java代码中。

JNA中有两种Library 映射的方法，分别是interface和direct mapping。

先看下interface mapping，假如我们要加载 C library, 如果使用interface mapping的方式，我们需要创建一个interface继承Library:

public interface CLibrary extends Library {
    CLibrary INSTANCE = (CLibrary)Native.load("c", CLibrary.class);
}

上面代码中Library是一个interface，所有的interface mapping都需要继承这个Library。

然后在interface内部，通过使用Native.load方法来加载要使用的c library。

上面的代码中，load方法传入两个参数，第一个参数是library的name，第二个参数是interfaceClass.

下面的表格展示了Library Name和传入的name之间的映射关系：

事实上，load还可以接受一个options的Map参数。默认情况下JAVA interface中要调用的方法名称就是native library中定义的方法名称，但是有些情况下我们可能需要在JAVA代码中使用不同的名字，在这种情况下，可以传入第三个参数map，map的key可以是 OPTION_FUNCTION_MAPPER,而它的value则是一个 FunctionMapper ，用来将JAVA中的方法名称映射到native library中。

传入的每一个native library都可以用一个NativeLibrary的实例来表示。这个NativeLibrary的实例也可以通过调用NativeLibrary.getInstance(String)来获得。

另外一种加载native libary的方式就是direct mapping，direct mapping使用的是在static block中调用Native.reGISter方式来加载本地库，如下所示：

public class CLibrary {
    static {
        Native.register("c");
    }
}

Function Mapping

当我们加载完native library之后，接下来就是定义需要调用的函数了。实际上就是做一个从JAVA代码到native lib中函数的一个映射，我们将其称为Function Mapping。

和Library Mapping一样，Function Mapping也有两种方式。分别是interface mapping和direct mapping。

在interface mapping中，我们只需要按照native library中的方法名称定义一个一样的方法即可，这个方法不用实现，也不需要像JNI一样使用native来修饰，如下所示：

public interface CLibrary extends Library {
    int atol(String s);
}

注意，上面我们提到了JAVA中的方法名称不一定必须和native library中的方法名称一致，你可以通过给Native.load方法传入一个FunctionMapper来实现。

或者，你可以使用direct mapping的方式，通过给方法添加一个native修饰符：

public class HelloWorld {
            
    public static native double cos(double x);
    public static native double sin(double x);
    
    static {
        Native.register(Platform.C_LIBRARY_NAME);
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("cos(0)=" + cos(0));
        System.out.println("sin(0)=" + sin(0));
    }
}

对于direct mapping来说，JAVA方法可以映射到native library中的任何static或者对象方法。

虽然direct mapping和我们常用的java JNI有些类似，但是direct mapping存在着一些限制。

大部分情况下，direct mapping和interface mapping具有相同的映射类型，但是不支持Pointer/Structure/String/WString/NativeMapped数组作为函数参数值。

在使用TypeMapper或者NativeMapped的情况下，direct mapping不支持 NIO Buffers 或者基本类型的数组作为返回值。

如果要使用基础类型的包装类，则必须使用自定义的TypeMapper.

对象JAVA中的方法映射来说，该映射最终会创建一个Function对象。

Invocation Mapping

讲完library mapping和function mapping之后，我们接下来讲解一下Invocation Mapping。

Invocation Mapping代表的是Library中的OPTION_INVOCATION_MAPPER,它对应的值是一个InvocationMapper。

之前我们提到了FunctionMapper，可以实现JAVA中定义的方法名和native lib中的方法名不同，但是不能修改方法调用的状态或者过程。

而InvocationMapper则更进一步， 允许您任意重新配置函数调用，包括更改方法名称以及重新排序、添加或删除参数。

下面举个例子:

   new InvocationMapper() {
       public InvocationHandler getInvocationHandler(NativeLibrary lib, Method m) {
           if (m.getName().equals("stat")) {
               final Function f = lib.getFunction("_xstat");
               return new InvocationHandler() {
                   public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) {
                       Object[] newArgs = new Object[args.length+1];
                       System.arraycopy(args, 0, newArgs, 1, args.length);
                       newArgs[0] = Integer.valueOf(3); // _xstat version
                       return f.invoke(newArgs);
                   }
               };
           }
           return null;
       }
   }

看上面的调用例子，感觉有点像是反射调用，我们在InvocationMapper中实现了getInvocationHandler方法，根据给定的JAVA代码中的method去查找具体的native lib，然后获取到lib中的function，最后调用function的invoke方法实现方法的最终调用。

在这个过程中，我们可以修改方传入的参数，或者做任何我们想做的事情。

还有一种情况是C语言中的内联函数或者预处理宏，如下所示：

// Original C code (macro and inline variations)
   #define allocblock(x) malloc(x * 1024)
   static inline void* allocblock(size_t x) { return malloc(x * 1024); }

上面的代码中定义了一个allocblock(x)宏，它实际上等于malloc(x * 1024)，这种情况就可以使用InvocationMapper，将allocblock使用具体的malloc来替换：

   // Invocation mapping
   new InvocationMapper() {
       public InvocationHandler getInvocationHandler(NativeLibrary lib, Method m) {
           if (m.getName().equals("allocblock")) {
               final Function f = lib.getFunction("malloc");
               return new InvocationHandler() {
                   public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) {
                       args[0] = ((Integer)args[0]).intValue() * 1024;
                       return f.invoke(newArgs);
                   }
               };
           }
           return null;
       }
   }

防止VM崩溃

JAVA方法和native方法映射肯定会出现一些问题，如果映射方法不对或者参数不匹配的话，很有可能出现memory access errors,并且可能会导致VM崩溃。

通过调用Native.setProtected(true)，可以将VM崩溃转换成为对应的JAVA异常，当然，并不是所有的平台都支持protection,如果平台不支持protection，那么Native.isProtected()会返回false。

如果要使用protection,还要同时使用 jsig library，以防止信号和JVM的信号冲突。libjsig.so一般存放在JRE的lib目录下， j a v a . h o m e / l i b / {java.home}/lib/ java.home/lib/{os.arch}/libjsig.so, 可以通过将环境变量设置为LD_PRELOAD (或者LD_PRELOAD_64)来使用。

性能考虑

上面我们提到了JNA的两种mapping方式，分别是interface mapping和direct mapping。相较而言，direct mapping的效率更高，因为direct mapping调用native方法更加高效。

但是上面我们也提到了direct mapping在使用上有一些限制，所以我们在使用的时候需要进行权衡。

另外，我们需要避免使用基础类型的封装类，因为对于native方法来说，只有基础类型的匹配，如果要使用封装类，则必须使用Type mapping，从而造成性能损失。

总结

JNA是调用native方法的利器，如果数量掌握的话，肯定是如虎添翼。

到此这篇关于教你在JNA中将本地方法映射到JAVA代码中的文章就介绍到这了,更多相关JNA本地方法映射JAVA代码内容请搜索编程网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持编程网！