Java跨平臺的特性使Java越來越受開發(fā)人員的歡迎，但也往往會聽到不少的抱怨：用Java
開發(fā)的圖形用戶窗口界面每次在啟動的時候都會跳出一個控制臺窗口，這個控制臺窗口讓
本來非常棒的界面失色不少。怎么能夠讓通過Java開發(fā)的GUI程序不彈出Java的控制臺窗口
呢？其實(shí)現(xiàn)在很多流行的開發(fā)環(huán)境例如JBuilder、Eclipse都是使用純Java開發(fā)的集成環(huán)境
。這些集成環(huán)境啟動的時候并不會打開一個命令窗口，因?yàn)樗褂昧薐NI（Java Native I
nterface）的技術(shù)。通過這種技術(shù)，開發(fā)人員不一定要用命令行來啟動Java程序，可以通
過編寫一個本地GUI程序直接啟動Java程序，這樣就可避免另外打開一個命令窗口，讓開發(fā)
的Java程序更加專業(yè)。
JNI允許運(yùn)行在虛擬機(jī)的Java程序能夠與其它語言（例如C和C++）編寫的程序或者類庫進(jìn)行
相互間的調(diào)用。同時JNI提供的一整套的API，允許將Java虛擬機(jī)直接嵌入到本地的應(yīng)用程
序中。圖1是Sun站點(diǎn)上對JNI的基本結(jié)構(gòu)的描述。
圖1 JNI基本結(jié)構(gòu)描述圖
本文將介紹如何在C/C++中調(diào)用Java方法，并結(jié)合可能涉及到的問題介紹整個開發(fā)的步驟及
可能遇到的難題和解決方法。本文所采用的工具是Sun公司創(chuàng)建的 Java Development Kit
(JDK) 版本 1.3.1，以及微軟公司的Visual C++ 6開發(fā)環(huán)境。
環(huán)境搭建
為了讓本文以下部分的代碼能夠正常工作，我們必須建立一個完整的開發(fā)環(huán)境。首先需要
下載并安裝JDK 1.3.1，其下載地址為“http://java.sun.com”。假設(shè)安裝路徑為C：\JD
K。下一步就是設(shè)置集成開發(fā)環(huán)境，通過Visual C++ 6的菜單Tools→Options打開選項(xiàng)對話
框如圖2。
圖2 設(shè)置集成開發(fā)環(huán)境圖
將目錄C:\JDK\include和C:\JDK\include\win32加入到開發(fā)環(huán)境的Include Files目錄中，
同時將C:\JDK\lib目錄添加到開發(fā)環(huán)境的Library Files目錄中。這三個目錄是JNI定義的
一些常量、結(jié)構(gòu)及方法的頭文件和庫文件。集成開發(fā)環(huán)境已經(jīng)設(shè)置完畢，同時為了執(zhí)行程
序需要把Java虛擬機(jī)所用到的動態(tài)鏈接庫所在的目錄C:\JDK \jre\bin\classic設(shè)置到系統(tǒng)
的Path環(huán)境變量中。這里需要提出的是，某些開發(fā)人員為了方便直接將JRE所用到的DLL文
件直接拷貝到系統(tǒng)目錄下。這樣做是不行的，將導(dǎo)致初始化Java虛擬機(jī)環(huán)境失敗（返回值
-1），原因是Java虛擬機(jī)是以相對路徑來尋找所用到的庫文件和其它一些相關(guān)文件的。至
此整個JNI的開發(fā)環(huán)境設(shè)置完畢，為了讓此次JNI旅程能夠順利進(jìn)行，還必須先準(zhǔn)備一個Ja
va類。在這個類中將用到Java中幾乎所有有代表性的屬性及方法，如靜態(tài)方法與屬性、數(shù)
組、異常拋出與捕捉等。我們定義的Java程序(Demo.java)如下，本文中所有的代碼演示都
將基于該Java程序，代碼如下：
package jni.test;
/**
* 該類是為了演示JNI如何訪問各種對象屬性等
* @author liudong
*/
public class Demo {
//用于演示如何訪問靜態(tài)的基本類型屬性
public static int COUNT = 8;
//演示對象型屬性
public String msg;
private int[] counts;
public Demo() {
this("缺省構(gòu)造函數(shù)");
}
/**
* 演示如何訪問構(gòu)造器
*/
public Demo(String msg) {
System.out.println(":" + msg);
this.msg = msg;
this.counts = null;
}
/**
* 該方法演示如何訪問一個訪問以及中文字符的處理
*/
public String getMessage() {
return msg;
}
/**
* 演示數(shù)組對象的訪問
*/
public int[] getCounts() {
return counts;
}
/**
* 演示如何構(gòu)造一個數(shù)組對象
*/
public void setCounts(int[] counts) {
this.counts = counts;
}
/**
* 演示異常的捕捉
*/
public void throwExcp() throws IllegalAccessException {
throw new IllegalAccessException("exception occur.");
}
}
初始化虛擬機(jī)
本地代碼在調(diào)用Java方法之前必須先加載Java虛擬機(jī)，而后所有的Java程序都在虛擬機(jī)中
執(zhí)行。為了初始化Java虛擬機(jī)，JNI提供了一系列的接口函數(shù)Invocation API。通過這些A
PI可以很方便地將虛擬機(jī)加載到內(nèi)存中。創(chuàng)建虛擬機(jī)可以用函數(shù) jint JNI_CreateJavaVM
(JavaVM **pvm, void **penv, void *args)。對于這個函數(shù)有一點(diǎn)需要注意的是，在JDK
1.1中第三個參數(shù)總是指向一個結(jié)構(gòu)JDK1_ 1InitArgs， 這個結(jié)構(gòu)無法完全在所有版本的
虛擬機(jī)中進(jìn)行無縫移植。在JDK 1.2中已經(jīng)使用了一個標(biāo)準(zhǔn)的初始化結(jié)構(gòu)JavaVMInitArgs來
替代JDK1_1InitArgs。下面我們分別給出兩種不同版本的示例代碼。
在JDK 1.1初始化虛擬機(jī):
#include
int main() {
JNIEnv *env;
JavaVM *jvm;
JDK1_1InitArgs vm_args;
jint res;
/* IMPORTANT: 版本號設(shè)置一定不能漏 */
vm_args.version = 0x00010001;
/*獲取缺省的虛擬機(jī)初始化參數(shù)*/
JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs(&vm_args);
/* 添加自定義的類路徑 */
sprintf(classpath, "%s%c%s",
vm_args.classpath, PATH_SEPARATOR, USER_CLASSPATH);
vm_args.classpath = classpath;
/*設(shè)置一些其他的初始化參數(shù)*/
/* 創(chuàng)建虛擬機(jī) */
res = JNI_CreateJavaVM(&jvm,&env,&vm_args);
if (res < 0) {
fprintf(stderr, "Can't create Java VM\n");
exit(1);
}
/*釋放虛擬機(jī)資源*/
(*jvm)->DestroyJavaVM(jvm);
}
JDK 1.2初始化虛擬機(jī)：
/* invoke2.c */
#include
int main() {
int res;
JavaVM *jvm;
JNIEnv *env;
JavaVMInitArgs vm_args;
JavaVMOption options[3];
vm_args.version=JNI_VERSION_1_2;//這個字段必須設(shè)置為該值
/*設(shè)置初始化參數(shù)*/
options[0].optionString = "-Djava.compiler=NONE";
options[1].optionString = "-Djava.class.path=.";
options[2].optionString = "-verbose:jni"; //用于跟蹤運(yùn)行時的信息
/*版本號設(shè)置不能漏*/
vm_args.version = JNI_VERSION_1_2;
vm_args.nOptions = 3;
vm_args.options = options;
vm_args.ignoreUnrecognized = JNI_TRUE;
res = JNI_CreateJavaVM(&jvm, (void**)&env, &vm_args);
if (res < 0) {
fprintf(stderr, "Can't create Java VM\n");
exit(1);
}
(*jvm)->DestroyJavaVM(jvm);
fprintf(stdout, "Java VM destory.\n");
}
為了保證JNI代碼的可移植性，建議使用JDK 1.2的方法來創(chuàng)建虛擬機(jī)。JNI_CreateJavaVM
函數(shù)的第二個參數(shù)JNIEnv *env，就是貫穿整個JNI始末的一個參數(shù)，因?yàn)閹缀跛械暮瘮?shù)
都要求一個參數(shù)就是JNIEnv *env。
訪問類方法
初始化了Java虛擬機(jī)后，就可以開始調(diào)用Java的方法。要調(diào)用一個Java對象的方法必須經(jīng)
過幾個步驟：
1.獲取指定對象的類定義(jclass)
有兩種途徑來獲取對象的類定義：第一種是在已知類名的情況下使用FindClass來查找對應(yīng)
的類。但是要注意類名并不同于平時寫的Java代碼，例如要得到類jni.test.Demo的定義必
須調(diào)用如下代碼：
jclass cls = (*env)->FindClass(env, "jni/test/Demo"); //把點(diǎn)號換成斜杠
然后通過對象直接得到其所對應(yīng)的類定義：
jclass cls = (*env)-> GetObjectClass(env, obj);
//其中obj是要引用的對象，類型是jobject
2.讀取要調(diào)用方法的定義(jmethodID)
我們先來看看JNI中獲取方法定義的函數(shù)：
jmethodID (JNICALL *GetMethodID)(JNIEnv *env, jclass clazz, const char *name,
const char *sig);
jmethodID (JNICALL *GetStaticMethodID)(JNIEnv *env, jclass class, const char
*name, const char *sig);
這兩個函數(shù)的區(qū)別在于GetStaticMethodID是用來獲取靜態(tài)方法的定義，GetMethodID則是
獲取非靜態(tài)的方法定義。這兩個函數(shù)都需要提供四個參數(shù)：env就是初始化虛擬機(jī)得到的J
NI環(huán)境；第二個參數(shù)class是對象的類定義，也就是第一步得到的obj；第三個參數(shù)是方法
名稱；最重要的是第四個參數(shù)，這個參數(shù)是方法的定義。因?yàn)槲覀冎繨ava中允許方法的
多態(tài)，僅僅是通過方法名并沒有辦法定位到一個具體的方法，因此需要第四個參數(shù)來指定
方法的具體定義。但是怎么利用一個字符串來表示方法的具體定義呢？JDK中已經(jīng)準(zhǔn)備好一
個反編譯工具javap，通過這個工具就可以得到類中每個屬性、方法的定義。下面就來看看
jni.test.Demo的定義：
打開命令行窗口并運(yùn)行 javap -s -p jni.test.Demo 得到運(yùn)行結(jié)果如下：
Compiled from Demo.java
public class jni.test.Demo extends java.lang.Object {
public static int COUNT;
/* I */
public java.lang.String msg;
/* Ljava/lang/String; */
private int counts[];
/* [I */
public jni.test.Demo();
/* ()V */
public jni.test.Demo(java.lang.String);
/* (Ljava/lang/String;)V */
public java.lang.String getMessage();
/* ()Ljava/lang/String; */
public int getCounts()[];
/* ()[I */
public void setCounts(int[]);
/* ([I)V */
public void throwExcp() throws java.lang.IllegalAccessException;
/* ()V */
static {};
/* ()V */
}
我們看到類中每個屬性和方法下面都有一段注釋。注釋中不包含空格的內(nèi)容就是第四個參
數(shù)要填的內(nèi)容(關(guān)于javap具體參數(shù)請查詢JDK的使用幫助)。下面這段代碼演示如何訪問jn
i.test.Demo的getMessage方法：
/*
假設(shè)我們已經(jīng)有一個jni.test.Demo的實(shí)例obj
*/
jmethodID mid;
jclass cls = (*env)-> GetObjectClass (env, obj); //獲取實(shí)例的類定義
mid=(*env)->GetMethodID(env,cls,"getMessage"," ()Ljava/lang/String; ");
/*如果mid為0表示獲取方法定義失敗*/
jstring msg = (*env)-> CallObjectMethod(env, obj, mid);
/*
如果該方法是靜態(tài)的方法那只需要將最后一句代碼改為以下寫法即可：
jstring msg = (*env)-> CallStaticObjectMethod(env, cls, mid);
*/
3.調(diào)用方法
為了調(diào)用對象的某個方法，可以使用函數(shù)CallMethod或者CallStaticMethod（訪問類的靜
態(tài)方法），根據(jù)不同的返回類型而定。這些方法都是使用可變參數(shù)的定義，如果訪問某個
方法需要參數(shù)時，只需要把所有參數(shù)按照順序填寫到方法中就可以。在講到構(gòu)造函數(shù)的訪
問時，將演示如何訪問帶參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)。
訪問類屬性
訪問類的屬性與訪問類的方法大體上是一致的，只不過是把方法變成屬性而已。
1.獲取指定對象的類(jclass)
這一步與訪問類方法的第一步完全相同，具體使用參看訪問類方法的第一步。
2.讀取類屬性的定義(jfieldID)
在JNI中是這樣定義獲取類屬性的方法的：
jfieldID (JNICALL *GetFieldID)
(JNIEnv *env, jclass clazz, const char *name, const char *sig);
jfieldID (JNICALL *GetStaticFieldID)
(JNIEnv *env, jclass clazz, const char *name, const char *sig);
這兩個函數(shù)中第一個參數(shù)為JNI環(huán)境；clazz為類的定義；name為屬性名稱；第四個參數(shù)同
樣是為了表達(dá)屬性的類型。前面我們使用javap工具獲取類的詳細(xì)定義的時候有這樣兩行：
public java.lang.String msg;
/* Ljava/lang/String; */
其中第二行注釋的內(nèi)容就是第四個參數(shù)要填的信息，這跟訪問類方法時是相同的。
3.讀取和設(shè)置屬性值
有了屬性的定義要訪問屬性值就很容易了。有幾個方法用來讀取和設(shè)置類的屬性，它們是
：GetField、SetField、GetStaticField、SetStaticField。比如讀取Demo類的msg屬性就
可以用GetObjectField，而訪問COUNT用GetStaticIntField，相關(guān)代碼如下：
jfieldID field = (*env)->GetFieldID(env,obj,"msg"," Ljava/lang/String;");
jstring msg = (*env)-> GetObjectField(env, cls, field); //msg就是對應(yīng)Demo的msg
jfieldID field2 = (*env)->GetStaticFieldID(env,obj,"COUNT","I");
jint count = (*env)->GetStaticIntField(env,cls,field2);
訪問構(gòu)造函數(shù)
很多人剛剛接觸JNI的時候往往會在這一節(jié)遇到問題，查遍了整個jni.h看到這樣一個函數(shù)
NewObject，它應(yīng)該是可以用來訪問類的構(gòu)造函數(shù)。但是該函數(shù)需要提供構(gòu)造函數(shù)的方法定
義，其類型是jmethodID。從前面的內(nèi)容我們知道要獲取方法的定義首先要知道方法的名稱
，但是構(gòu)造函數(shù)的名稱怎么來填寫呢？其實(shí)訪問構(gòu)造函數(shù)與訪問一個普通的類方法大體上
是一樣的，惟一不同的只是方法名稱不同及方法調(diào)用時不同而已。訪問類的構(gòu)造函數(shù)時方
法名必須填寫“”(注， 我使用的時候發(fā)現(xiàn)應(yīng)該是設(shè)置為NULL)。下面的代碼演示如何構(gòu)造一個Demo類的實(shí)例：
jclass cls = (*env)->FindClass(env, "jni/test/Demo");
/**
首先通過類的名稱獲取類的定義，相當(dāng)于Java中的Class.forName方法
*/
if (cls == 0)
jmethodID mid = (*env)->GetMethodID(env,cls,"","(Ljava/lang/String;)V ");
if(mid == 0)
jobject demo = jenv->NewObject(cls,mid,0);
/**
訪問構(gòu)造函數(shù)必須使用NewObject的函數(shù)來調(diào)用前面獲取的構(gòu)造函數(shù)的定義
上面的代碼我們構(gòu)造了一個Demo的實(shí)例并傳一個空串null
*/
數(shù)組處理
創(chuàng)建一個新數(shù)組
要創(chuàng)建一個數(shù)組，我們首先應(yīng)該知道數(shù)組元素的類型及數(shù)組長度。JNI定義了一批數(shù)組的類
型jArray及數(shù)組操作的函數(shù)NewArray，其中就是數(shù)組中元素的類型。例如，要創(chuàng)建一個大
小為10并且每個位置值分別為1－10的整數(shù)數(shù)組，編寫代碼如下：
int i = 1;
jintArray array; //定義數(shù)組對象
(*env)-> NewIntArray(env, 10);
for(; i<= 10; i++)
(*env)->SetIntArrayRegion(env, array, i-1, 1, &i);
訪問數(shù)組中的數(shù)據(jù)
訪問數(shù)組首先應(yīng)該知道數(shù)組的長度及元素的類型。現(xiàn)在我們把創(chuàng)建的數(shù)組中的每個元素值
打印出來，代碼如下：
int i;
/* 獲取數(shù)組對象的元素個數(shù) */
int len = (*env)->GetArrayLength(env, array);
/* 獲取數(shù)組中的所有元素 */
jint* elems = (*env)-> GetIntArrayElements(env, array, 0);
for(i=0; i< len; i++)
printf("ELEMENT %d IS %d\n", i, elems[i]);
中文處理
中文字符的處理往往是讓人比較頭疼的事情，特別是使用Java語言開發(fā)的軟件，在JNI這個
問題更加突出。由于Java中所有的字符都是Unicode編碼，但是在本地方法中，例如用VC編
寫的程序，如果沒有特殊的定義一般都沒有使用Unicode的編碼方式。為了讓本地方法能夠
訪問Java中定義的中文字符及Java訪問本地方法產(chǎn)生的中文字符串，我定義了兩個方法用
來做相互轉(zhuǎn)換。
· 方法一，將Java中文字符串轉(zhuǎn)為本地字符串
/**
第一個參數(shù)是虛擬機(jī)的環(huán)境指針
第二個參數(shù)為待轉(zhuǎn)換的Java字符串定義
第三個參數(shù)是本地存儲轉(zhuǎn)換后字符串的內(nèi)存塊
第三個參數(shù)是內(nèi)存塊的大小
*/
int JStringToChar(JNIEnv *env, jstring str, LPTSTR desc, int desc_len)
{
int len = 0;
if(desc==NULL||str==NULL)
return -1;
//在VC中wchar_t是用來存儲寬字節(jié)字符(UNICODE)的數(shù)據(jù)類型
wchar_t *w_buffer = new wchar_t[1024];
ZeroMemory(w_buffer,1024*sizeof(wchar_t));
//使用GetStringChars而不是GetStringUTFChars
wcscpy(w_buffer,env->GetStringChars(str,0));
env->ReleaseStringChars(str,w_buffer);
ZeroMemory(desc,desc_len);
//調(diào)用字符編碼轉(zhuǎn)換函數(shù)(Win32 API)將UNICODE轉(zhuǎn)為ASCII編碼格式字符串
//關(guān)于函數(shù)WideCharToMultiByte的使用請參考MSDN
len = WideCharToMultiByte(CP_ACP,0,w_buffer,1024,desc,desc_len,NULL,NULL);
//len = wcslen(w_buffer);
if(len>0 && len
desc[len]=0;
delete[] w_buffer;
return strlen(desc);
}
· 方法二，將C的字符串轉(zhuǎn)為Java能識別的Unicode字符串
jstring NewJString(JNIEnv* env,LPCTSTR str)
{
if(!env || !str)
return 0;
int slen = strlen(str);
jchar* buffer = new jchar[slen];
int len = MultiByteToWideChar(CP_ACP,0,str,strlen(str),buffer,slen);
if(len>0 && len < slen)
buffer[len]=0;
jstring js = env->NewString(buffer,len);
delete [] buffer;
return js;
}
異常
由于調(diào)用了Java的方法，因此難免產(chǎn)生操作的異常信息。這些異常沒有辦法通過C++本身的
異常處理機(jī)制來捕捉到，但JNI可以通過一些函數(shù)來獲取Java中拋出的異常信息。之前我們
在Demo類中定義了一個方法throwExcp，下面將訪問該方法并捕捉其拋出來的異常信息，代
碼如下：
/**
假設(shè)我們已經(jīng)構(gòu)造了一個Demo的實(shí)例obj，其類定義為cls
*/
jthrowable excp = 0; /* 異常信息定義 */
jmethodID mid=(*env)->GetMethodID(env,cls,"throwExcp","()V");
/*如果mid為0表示獲取方法定義失敗*/
jstring msg = (*env)-> CallVoidMethod(env, obj, mid);
/* 在調(diào)用該方法后會有一個IllegalAccessException的異常拋出 */
excp = (*env)->ExceptionOccurred(env);
if(excp){
(*env)->ExceptionClear(env);
//通過訪問excp來獲取具體異常信息
/*
在Java中，大部分的異常信息都是擴(kuò)展類java.lang.Exception，因此可以訪問excp的toS
tring
或者getMessage來獲取異常信息的內(nèi)容。訪問這兩個方法同前面講到的如何訪問類的方法
是相同的。
*/
}
線程和同步訪問
有些時候需要使用多線程的方式來訪問Java的方法。我們知道一個Java虛擬機(jī)是非常消耗
系統(tǒng)的內(nèi)存資源，差不多每個虛擬機(jī)需要內(nèi)存大約在20MB左右。為了節(jié)省資源要求每個線
程使用的是同一個虛擬機(jī)，這樣在整個的JNI程序中只需要初始化一個虛擬機(jī)就可以了。所
有人都是這樣想的，但是一旦子線程訪問主線程創(chuàng)建的虛擬機(jī)環(huán)境變量，系統(tǒng)就會出現(xiàn)錯
誤對話框，然后整個程序終止。
其實(shí)這里面涉及到兩個概念，它們分別是虛擬機(jī)(JavaVM *jvm)和虛擬機(jī)環(huán)境（JNIEnv *e
nv）。真正消耗大量系統(tǒng)資源的是jvm而不是env，jvm是允許多個線程訪問的，但是env只
能被創(chuàng)建它本身的線程所訪問，而且每個線程必須創(chuàng)建自己的虛擬機(jī)環(huán)境env。這時候會有
人提出疑問，主線程在初始化虛擬機(jī)的時候就創(chuàng)建了虛擬機(jī)環(huán)境env。為了讓子線程能夠創(chuàng)
建自己的env，JNI提供了兩個函數(shù)：AttachCurrentThread和DetachCurrentThread。下面
代碼就是子線程訪問Java方法的框架：
DWORD WINAPI ThreadProc(PVOID dwParam)
{
JavaVM jvm = (JavaVM*)dwParam; /* 將虛擬機(jī)通過參數(shù)傳入 */
JNIEnv* env;
(*jvm)-> AttachCurrentThread(jvm, (void**)&env, NULL);
.........
(*jvm)-> DetachCurrentThread(jvm);
}
時間
關(guān)于時間的話題是我在實(shí)際開發(fā)中遇到的一個問題。當(dāng)要發(fā)布使用了JNI的程序時，并不一
定要求客戶要安裝一個Java運(yùn)行環(huán)境，因?yàn)榭梢栽诎惭b程序中打包這個運(yùn)行環(huán)境。為了讓
打包程序利于下載，這個包要比較小，因此要去除JRE（Java運(yùn)行環(huán)境）中一些不必要的文
件。但是如果程序中用到Java中的日歷類型，例如java.util.Calendar等，那么有個文件
一定不能去掉，這個文件就是[JRE]\lib\tzmappings。它是一個時區(qū)映射文件，一旦沒有
該文件就會發(fā)現(xiàn)時間操作上經(jīng)常出現(xiàn)與正確時間相差幾個小時的情況。下面是打包JRE中必
不可少的文件列表(以Windows環(huán)境為例)，其中[JRE]為運(yùn)行環(huán)境的目錄，同時這些文件之
間的相對路徑不能變。
文件名 目錄
hpi.dll [JRE]\bin
ioser12.dll [JRE]\bin
java.dll [JRE]\bin
net.dll [JRE]\bin
verify.dll [JRE]\bin
zip.dll [JRE]\bin
jvm.dll [JRE]\bin\classic
rt.jar [JRE]\lib
tzmappings [JRE]\lib
由于rt.jar有差不多10MB，但是其中有很大一部分文件并不需要，可以根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用情
況進(jìn)行刪除。例如程序如果沒有用到Java Swing，就可以把涉及到Swing的文件都刪除后重
新打包。