Java Native Interface Eine Einführung anhand eines

praktischen Beispiels

Fachseminar WS 09

Cornelius Zühl

Jeder verwendet JNI 1(der Java Programme nutzt)

Initialisieren der VM Windows Unix

Methoden des Java-Frameworks, z.B. aus „System“ verwenden JNI

Jeder verwendet JNI 2(der Java Programme schreibt)

Das Schlüsselwort „native“, aber warum kann ICH es verwenden? 1 Ein „echter“ und ein „scheinbarer“ Grund Grund 1

Steigerung der Geschwindigkeit Einige Aufgaben der Java-Release werden nicht

in derselben Weise wie optimierte C-Programme ausgeführt

Konkret Kritische Stellen (z.B. innere Schleifen) auslagern

und in einer Java-Shell wrappen um so den „Trick“ vor dem Benutzer zu verbergen

Das Schlüsselwort „native“, aber warum kann ICH es verwenden? 2 Ein „echter“ und ein „scheinbarer“ Grund Grund 2

Ermöglicht Zugang zu speziellen Fähigkeiten des Rechners / Betriebssystem (BS)

Anschluss an neue Peripheriegeräte / Steckkarten Zugriff auf verschiedene Netztypen Verwendung eines eindeutigen Merkmals des BS

Konkret Erfassen von Echtzeitton über Mikrofon

Das Schlüsselwort „native“, aber warum kann ICH es verwenden? 3 Ein „echter“ und ein „scheinbarer“ Grund

Grund – Performancesteigerung

Grund – Spezielle Eigenheiten des BS verwenden

Performancesteigerung als scheinbarer Grund Wer echtzeitkritisch will, wird Alternativen

verwenden Viele zeitkritische Probleme ohnehin schon in

der JVM nativ gelöst

Besser Energie auf gutes Design von Klassen und Methoden verwenden Abstrakt und wieder verwendbar

Geschwindigkeit als letzter Schritt

Nativ spricht Java

Erzeugen, untersuchen und ändern von Java Objekten (einschließlich Arrays und Strings)

Java Methoden aufrufen Exceptions werfen und fangen Klassen und Klasseninformationen laden Typprüfung zur Laufzeit

Auch erzeugen einer VM über Invocation API möglich

Ein Blick hinter die Kulissen 1

Aufruf nativ JVM über Interface Pointer IP = Zeiger auf Zeiger auf Array von

Funktionszeigern Pro (Java)Aufruf-Thread ist IP garantiert gleich

Funktionszeiger an Vordefinierte Stellen im Array, genannt JNI Funktionen

Ein Blick hinter die Kulissen 2struct JNINativeInterface_ {

  void *reserved0;  void *reserved1;  void *reserved2;  void *reserved3;  ...

jfieldID (JNICALL *GetStaticFieldID)    (JNIEnv *env, jclass clazz, const char *name, const char *sig);…

}

struct JNIEnv_ {  const struct JNINativeInterface_ *functions;

...jfieldID GetStaticFieldID(jclass clazz, const char *name,    const char *sig) {    return functions->GetStaticFieldID(this,clazz,name,sig);}

…}

Ein Blick hinter die Kulissen 3

Spezielle Namenskonvention für externe d.h. native deklarierte „Java“ Methoden

Auf nicht Java Seite erhalten Methoden immer zwei zusätzliche Argumente Argument eins ist der JNI Interface Pointer Argument zwei ist bei static native Methoden

Zeiger auf Java-Klasse in JVM Argument zwei ist bei nonstatic native Methoden

Zeiger auf Java-Objekt („this“) in JVM

Ein Blick hinter die Kulissen 4Was macht der Garbage Collector auf der nativen Seite? Primitive werden kopiert Java-Objekte „by reference“ übergeben

Unterteilung in lokale / globale Referenzen Lokale Referenzen leben im Scope ihres erzeugendem

Stack-Frame und Thread gelöscht ab „return“ (Vorsicht, JVM hat begrenzten Speicher um sich lokale Referenzen zu merken!)

Globale Referenzen leben bis sie explizit freigegeben werden

Lokale Referenzen können in globale umgewandelt werden

JNI Funktionen geben lokale Referenzen zurück

Ein Blick hinter die Kulissen 5 Wohin mit Fehlern?

JNI Funktionen geben Fehlercodes Können mit ExceptionOccoured() abgefragt

werden Zwei Arten des Exceptionhandlings

Die native Methode kehrt zurück Exception wird im Javacode geworfen

Die native Methode ruft ExceptionClear() auf und kümmert sich selbst um das Exceptionhandling

Der Weg zur Verwendung 1

Voraussetzungen um native Methoden zu nutzen Deklaration – auf Java Seite Implementierung – als externe Einstiegspunkte in

binären Bibliotheken JNI stellt die Möglichkeit eines „call back“ auf die

aufrufende JVM bereit Laden – der Bibliothek (typischerweise im „static

initializer“ der Java Klasse die „native“ verwendet) System.load(…) oder System.loadLibrary(…)

Der Weg zur Verwendung 2 Deklaration – auf Java Seite

Vorbereitung zum Erstellen der Headerdatei für native Seite set JAVA_HOME=C:\Programme\Java\jdk1.6.0_XX set PATH=%PATH%;%JAVA_HOME%\bin C:\PROJECT_PATH\bin>javap -private -s de.package.jni.Klasse

Der Weg zur Verwendung 3 Implementierung – auf native Seite

Inkludieren der Headerdatei „<jni.h>“ Gemäß der Namenskonvention muss eine

Funktionsdeklaration geschrieben werden

Geht’s auch einfacher??

JNIEXPORT jboolean JNICALL

Java_de_paket_jni_Klasse_callNative , jint);(JNIEnv *, jobject

Der Weg zur Verwendung 4 Implementierung – auf native Seite

Kommandozeilentool zum Erzeugen der Headerdatei set JAVA_HOME=C:\Programme\Java\jdk1.6.0_XX set PATH=%PATH%;%JAVA_HOME%\bin C:\PROJECT_PATH\bin>javah de.package.jni.Klasse

Der Weg zur Verwendung 5 Laden – der Bibliothek

DEMO

Quellen

IBM Understanding the Java Native Interface http://publib.boulder.ibm.com/infocenter/javasdk/v6r0/topic/com.ibm.java.doc.diagnostics.60/html/jni.html#jni

Native Methoden und Bibliotheken (1997) http://olymp.idle.at/~apollo/books/Java%20in%2021%20Tagen/kap20.htm

JNI 1.1 Specification ff. http://java.sun.com/j2se/1.4.2/docs/guide/jni/

Gute Übersicht für den Praktischen Einsatz http://www.haertfelder.com/jni.html