第 6 章一本地方法接口 (Java Native Interface) 和本地方法栈 (运行时数据区中的结构)

待我称王封你为后i 2022-12-28 09:05 155阅读 0赞

# 第 6 章 本地方法接口 #

> `Java Native Interface (JNI)`

## 1、本地方法 ##

> **什么是本地方法？**
> 
>  *  使用`native`修饰的方法, 没有方法体(实现体), 因为具体方法实现是由`非Java代码实现的`。
>  *  作用: 融合不同的编程语言为Java所用

1.  简单地讲，**一个`Native Method`是一个Java调用`非Java代码的接囗`**
2.  一个Native Method是这样一个Java方法：**该方法的实现由非Java语言实现，比如C/C++**。
3.  这个特征并非Java所特有，很多其它的编程语言都有这一机制，比如在`C++`中，你可以用`extern`**告知C++编译器去调用一个C的函数。**
4.  “A native method is a Java method whose implementation is provided by non-java code.”（本地方法是一个非Java的方法，它的具体实现是非Java代码的实现）
5.  在**定义一个native method时**，**`并不提供实现体`**（有些像定义一个Java interface），因为其实现体是由非java语言在外面实现的。
6.  本地接口的**作用**是**融合不同的编程语言为Java所用，它的初衷是融合C/C++程序。**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L20wXzM3OTg5OTgw_size_16_color_FFFFFF_t_70]

> **native 方法举例**

**Object 类的`getClass()` 方法**

public final native Class<?> getClass();

--------------------

**Thread 类的`start()`方法**

public synchronized void start() { 
        /** * This method is not invoked for the main method thread or "system" * group threads created/set up by the VM. Any new functionality added * to this method in the future may have to also be added to the VM. * * A zero status value corresponds to state "NEW". */
        if (threadStatus != 0)
            throw new IllegalThreadStateException();
    
        /* Notify the group that this thread is about to be started * so that it can be added to the group's list of threads * and the group's unstarted count can be decremented. */
        group.add(this);
    
        boolean started = false;
        try { 
            start0();
            started = true;
        } finally { 
            try { 
                if (!started) { 
                    group.threadStartFailed(this);
                }
            } catch (Throwable ignore) { 
                /* do nothing. If start0 threw a Throwable then it will be passed up the call stack */
            }
        }
    }
    
    private native void start0();

--------------------

*  代码举例说明Native方法如何编写
 *  需要注意的是：`标识符native`可以与`其它java标识符连用，但是abstract除外`

public class IHaveNatives { 
        public native void Native1(int x);
    
        public native static long Native2();
    
        private native synchronized float Native3(Object o);
    
        native void Native4(int[] ary) throws Exception; 
    }

> **为什么要使用 Native Method？**
> 
>  *  有些层次的任务, 使用Java代码效率可能没有C/C++高, 此时就native的方法实现就可以使用C/C++实现

*  Java使用起来非常方便，然而有些层次的任务`用Java实现起来不容易`，或者我们`对程序的效率很在意时`，问题就来了。

**与Java环境的交互**

1.  有时`Java应用`需要与`Java外面的硬件环境交互`，这是`本地方法存在的主要原因`。你可以想想Java需要与一些**底层系统**，如操作系统或某些硬件交换信息时的情况。
2.  **本地方法正是这样一种交流机制** : 它为我们提供了一个非常简洁的接口，而且我们无需去了解Java应用之外的繁琐的细节。

**与操作系统的交互**

1.  JVM支持着Java语言本身和运行时库，它是Java程序赖以生存的平台，它由一个解释器（解释字节码）和一些连接到本地代码的库组成。
2.  然而不管怎样，它毕竟不是一个完整的系统，它经常依赖于一底层系统的支持。这些底层系统常常是强大的操作系统。
3.  通过`使用本地方法`，我们得以**用Java实现了jre的与底层系统的交互**，**甚至JVM的一些部分就是用C写的**。
4.  还有，如果我们要**使用一些Java语言本身没有提供封装的操作系统的特性时，我们也需要使用本地方法。**

> **本地方法的现状**

*  目前该方法使用的越来越少了，除非是与硬件有关的应用，比如通过Java程序驱动打印机或者Java系统管理生产设备，在企业级应用中已经比较少见。因为现在的异构领域间的通信很发达，比如可以使用Socket通信，也可以使用Web Service等等，不多做介绍。

# 本地方法栈 #

## 1、本地方法栈 ##

*  用来管理`本地方法(Native Method)`的调用

> **本地方法栈的特点**

1.  `Java虚拟机栈`管理`Java方法(栈帧)`的调用，而`本地方法栈`用于管理`本地方法`的调用。
2.  `本地方法栈，也是线程私有的。`
3.  允许被实现成**固定或者是可动态扩展的内存大小**（`在内存溢出方面和虚拟机栈相同`）
    
     *  如果`线程请求分配的方法栈容量超过本地方法栈允许的最大容量`，Java虚拟机将会抛出一个`stackoverflowError` 异常。
     *  如果**本地方法栈**可以**动态扩展**，并且**在尝试扩展的时候无法申请到足够的内存**，或者**在创建新的线程时没有足够的内存去创建对应的本地方法栈**，那么`Java虚拟机`将会抛出一个`outofMemoryError`异常。
4.  本地方法一般是使用`C语言实现`的。
5.  它的具体做法是Native Method Stack中登记native方法，在Execution Engine 执行时加载本地方法库。

![image-20200706174708418][]

> **注意事项**

1.  当某个线程调用一个本地方法时，它就进入了一个全新的并且不再受虚拟机限制的世界。它和虚拟机拥有同样的权限。
    
     *  本地方法可以通过本地方法接口来**访问虚拟机内部的运行时数据区**
     *  它甚至可以直接使用**本地处理器中的寄存器**
     *  直接从**本地内存的堆中分配任意数量的内存**
2.  并不是所有的JVM都支持本地方法。因为Java虚拟机规范并没有明确要求本地方法栈的使用语言、具体实现方式、数据结构等。如果JVM产品不打算支持native方法，也可以无需实现本地方法栈。
3.  在Hotspot JVM中，直接将本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

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