（JNI/JNA）java 调用c/c++ 动态链接库 全套操作+踩坑集锦 |
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（JNI/JNA）java 调用c/c++ 动态链接库 全套操作+踩坑集锦
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第一篇文章终于写完…跨行三年，一直都是看别人的文章…今天咱终于自己写了一篇，自己总结的，希望能给你一点点帮助，如有错误，希望指出，立马改正。 0 前言Java代码是跨平台的，其与硬件环境彻底“隔离”，为了实现这个目的，JDK1.0开始就包含了一个本地方法接口，它允许JAVA程序调用C/C++写的程序，许多第三方的程序和JAVA类库。如：java.lang,java.io,java.net等都依赖于本地方法来访问底层系统环境的特征。但是这有两个问题： 1、本地方法想访问C中的结构（structures）一样访问对象中的字段。尽管如此，JVM规范并没有定义对象怎么样在内存中实现。如果一个给定的JVM实现布局对象时，和本地方法假设的不一样，那你就不得不重新编写本地方法库。 2、因为本地方法可以保持对JVM中对象的直接指针，所以，JDK1.0中的本地方法采用了一种保守的GC策略。 为了解决这两个问题，JDK1.1中出现了JNI，这就为java代码调用c/c++动态链接库提供了一种方法。 1 JNI若调用本地的C/C++的动态链接库，我们首先要通过java实现自己的本地方法，我们只需要利用JNI提供的关键字native把方法声明为是本地方法（由其他语言是实现的方法），然后再利用c/c++实现一个有相同方法名的动态链接库，并放在指定目录下即可供Java调用即可。 Window环境下生成动态链接库为.dll，需要配置头文件.h,详细实现过程看这篇文章，非常详细，博主亲测可实现https://blog.csdn.net/weixin_51763233/article/details/122205288 Linux环境下生成动态链接库为.so,和windw环境差不多，详细过程看这篇文章，博主亲测可实现：https://zhuanlan.zhihu.com/p/465601205 总结一下调用分为五部： java类中申请一个本地方法运行javah以获取包含该方法的C声明的头文件c/c++实现本地方法讲dll/so放在共享类库中java程序加载该类库
其实Java和c/c++不能互通的原因主要是数据类型的问题，jni解决了这个问题，jni定义了一系列JNI数据类型，Java和c/c++数据类型通过JNI定义的数据类型进行转换： 例如：在进行数字传递的时候，我们知道在不同的平台c中int型所占字节数是不一样的，所以JNI定义了jint； 又例如：那个c文件中的jstring数据类型就是java传入的String对象，经过jni函数的转化就能成为c的char*。 对应关系类型(部分)： Java类型JNI类型描述booleanjbooleanunsigned charbytejbytesigned 8 bitscharjcharunsigned 16 bitsshortjshortsigned 16 bitsintjintsigned 32 bitslongjlongsigned 64 bitsfloatjfloat32 bitsdoublejdouble64 bitsvoidvoidN/A到此关于JNI，博主就介绍到这里，声明一点JNI是一个Java和其他语言互调的技术，也就是说你当然可以用JNI实现其他语言调用java程序，想继续深究的同学可以参考《Java核心技术（卷2）》最后一章”本地方法“。 2 JNAJNI虽然实现了Java调用C/C++动态链接库，但是还是比较复杂的，尤其各种是数据类型的映射，于是乎，它来了-JNA(Java Native Access)。 JNA（Java Native Access ）提供一组Java工具类用于在运行期间动态访问系统本地库（native library：如Window的dll）而不需要编写任何Native/JNI代码。开发人员只要在一个java接口中描述目标native library的函数与结构，JNA将自动实现Java接口到native function的映射。JNA(Java Native Access)框架是一个开源的Java框架，是SUN公司主导开发的，建立在经典的JNI的基础之上的一个框架。 JNA可以让你像调用一般java方法一样直接调用本地方法。就和直接执行本地方法差不多，而且调用本地方法还不用额外的其他处理或者配置什么的，也不需要多余的引用或者编码，使用很方便。具体使用方法不在赘述，入门使用看这篇文章：https://blog.csdn.net/zhan107876/article/details/121051129 JNA虽然使用起来方便，但坑也着实的多: JNA指针 java是值传递的，没有指针（地址）的概念，但是c/c++是有指针的，有时候我们需要把变量传递过去然后获取变量新的值，这个时候我们必须引入指针的概念。好在JNA中引入了Pointer（com.sun.jna.Pointer）。Pointer是JNA中引入的类，用来表示native方法中的指针。 native方法中的指针实际上就是一个地址，这个地址就是真正对象的内存地址。 举个例子（参考https://blog.csdn.net/zhan107876/article/details/121056384）：如果我们需要调用一个动态链接库，其实现这样的一个函数： /** * 返回a+b的值 * 同时c和msg通过参数返回 */ int add(int a, int b, int *c, char **msg) { *c = (a + b) * 2; char *string = "hello world!"; *msg = string; return a + b; }如果我们使用jna这么调用： public class HelloJNA { /** * 定义一个接口，默认的是继承Library ，如果动态链接库里的函数是以stdcall方式输出的，那么就继承StdCallLibrary * 这个接口对应一个动态链接(SO)文件 */ public interface LibraryAdd extends Library { // 这里使用绝对路径加载 LibraryAdd LIBRARY_ADD = Native.load("/program/cpp/libhello.so", LibraryAdd.class); int add(int a, int b, int c, String msg); } public static void main(String[] args) { int c = 0; String msg = "start"; // 调用so映射的接口函数 int add = LibraryAdd.LIBRARY_ADD.add(10, 15, c, msg); System.out.println("相加结果：" + add); } }那么不管add函数对c和msg做了何种改变，返回java中，值都不会被变更。 正确的调用方法是： /** * 一个java类 * 演示指针传输指针变量 */ public class HelloJNA_Pointer { /** * 定义一个接口，默认的是继承Library ，如果动态链接库里的函数是以stdcall方式输出的，那么就继承StdCallLibrary * 这个接口对应一个动态链接(SO)文件 */ public interface LibraryAdd extends Library { LibraryAdd LIBRARY_ADD = Native.load("/program/cpp/libhello.so", LibraryAdd.class); /** * 指针变量,用Pointer类型定义 * c是int* * msg是char** */ int add_c(int a, int b, Pointer c, Pointer msg); } public static void main(String[] args) { Pointer c = new Memory(50); Pointer msg = new Memory(8); // 调用so映射的接口函数 int add = LibraryAdd.LIBRARY_ADD.add_c(10, 15, c, msg); System.out.println("相加结果：" + add); // 指针变量 System.out.println("c的值：" + c.getInt(0)); // 这样才能拿到 System.out.println("msg的值：" + msg.getPointer(0).getString(0)); Native.free(Pointer.nativeValue(c)); //手动释放内存 Pointer.nativeValue(c, 0); //避免Memory对象被GC时重复执行Nativ.free()方法 Native.free(Pointer.nativeValue(msg)); //手动释放内存 Pointer.nativeValue(msg, 0); //避免Memory对象被GC时重复执行Nativ.free()方法 } }注意：在使用jna指针的时候需要首先申请一块内存 Pointer c = new Memory(50); Pointer msg = new Memory(50);最后在使用完之后手动的释放这片内存 Native.free(Pointer.nativeValue(c)); //手动释放内存 Pointer.nativeValue(c, 0); //避免Memory对象被GC时重复执行Nativ.free()方法 Native.free(Pointer.nativeValue(msg)); Pointer.nativeValue(msg, 0);JNA结构体 java中没有结构体的概念，但是c/c++中结构体的使用非常频繁，为了解决这个问题，jna引入了类Structure ，如果在Java中定义一个结构体，只需要集成这个Structure 即可。Structure 初次使用，细节比较多，话不多说直接上代码，需要注意的地方会有注释： //1:使用FieldOrder注解标注结构体成员的顺序，切记顺序一定不能弄错， //不然结构体取出来的值会路透不对马嘴，因为结构体成员在内存中是依次排列的， //如果顺序弄错jvm照着这个顺序按成员变量的类型取值肯定会错了 @Structure.FieldOrder(value= {"beginLoc","confidence","x","y","z","theta"}) public class PalletLocStruct extends Structure { //2:这个地方必须 public 不能private public int beginLoc; public float confidence = 1; public int x = 0; public int y = 0; public int z = 0; public float theta = 0; //3:这个地方具体原理不知道，只知道声明之后，当前结构体可以按照引用或者值取值 public static class ByReference extends PalletLocStruct implements Structure.ByReference {} public static class ByValue extends PalletLocStruct implements Structure.ByValue{} //4:这个地方表示当前结构体是内存对齐的，因为c/c++ 的结构体成员多数情况是内存对齐， //可以想象如果c/c++内存对齐，而java没有内存对齐，那取出来的值肯定也对不上 public PalletLocStruct() { super(ALIGN_NONE); } }上面代码中1-4点要非常注意，还有一点需要注意：如果调用动态链接库直接return 结构体，那么取值会出现一个非常诡异的现象：“取结构体的第一个成员变量没问题，但是第二个成团变量就对不上了”，我的猜想原因应该是Java中结构体每个成员在内存中内存顺序不是连续的，导致第一个成员可以正常取值，但是到了第二个就不能正常取值。目前我还没找到解决方法，所以如果想要返回一个结构体，那么最好用指针的方式，把结构体传给动态链接库，然后再取出结构体里面的值。比如我在项目中这样处理： c++ int palletDetection(palletLoc* palletLoc) { palletLocs->confidence = 1; palletLocs->theta = 2; palletLocs->x = 3; palletLocs->y = 4; palletLocs->z = 5; }java: int palletDetection(PalletLocStruct palletLoc); 取值： palletLoc.beginLoc ...JNA数组 Java中数组不是一块连续的内存地址，但是在c/c++中是连续的，所以我们传递Java数组的时候，一定要声明一块连续的内存，且要保证这块内存不会够用，比如传递一个结构体数组： //为调.so文件规划一片连续的内存空间 长度位10 PalletLocStruct[] array = (PalletLocStruct[])new PalletLocStruct().toArray(10); 写在最后本来感觉万事俱备只待算法，最后部署联调的时候，出现了这个问题： java.lang.UnsatisfiedLinkError: Unable to load library '/javaServer/videoSchedule/libpalletDetector.so':一般这个异常多数是路径设置不对导致，排查一下java加载.so文件路径是否正确或者看一下dll或so的位数是否和jdk一致（32/64）。但是我遇到的是另外一种情况，算法同时编译的.so引用了两外两个.so库，但是他编译的时候没有把这两个.so加进来，所以导致无法加载。这里顺便贴个链接，有需要可以看一下嵌套.so生成https://www.freesion.com/article/46841131235/ |
注意：如果用c++实现本地方法，需要用extern ”C“来声明，这样是为了不让使用c++编译器来编译本地方法，因为c++编译器编译可能会给方法加上后缀，导致Java无法找到本地方法的实现。【本文地址】
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