32 | JNI的运行机制

郑雨迪

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该思维导图由 AI 生成，仅供参考

我们经常会遇见 Java 语言较难表达，甚至是无法表达的应用场景。比如我们希望使用汇编语言（如 X86_64 的 SIMD 指令）来提升关键代码的性能；再比如，我们希望调用 Java 核心类库无法提供的，某个体系架构或者操作系统特有的功能。
在这种情况下，我们往往会牺牲可移植性，在 Java 代码中调用 C/C++ 代码（下面简述为 C 代码），并在其中实现所需功能。这种跨语言的调用，便需要借助 Java 虚拟机的 Java Native Interface（JNI）机制。
关于 JNI 的例子，你应该特别熟悉 Java 中标记为native的、没有方法体的方法（下面统称为 native 方法）。当在 Java 代码中调用这些 native 方法时，Java 虚拟机将通过 JNI，调用至对应的 C 函数（下面将 native 方法对应的 C 实现统称为 C 函数）中。
public class Object {
  public native int hashCode();
}
举个例子，Object.hashCode方法便是一个 native 方法。它对应的 C 函数将计算对象的哈希值，并缓存在对象头、栈上锁记录（轻型锁）或对象监视锁（重型锁所使用的 monitor）中，以确保该值在对象的生命周期之内不会变更。
native 方法的链接在调用 native 方法前，Java 虚拟机需要将该 native 方法链接至对应的 C 函数上。

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总结

JNI是Java Native Interface的缩写，是Java虚拟机提供的一种机制，用于在Java代码中调用C/C++代码，实现跨语言调用。本文详细介绍了JNI的运行机制，包括native方法的链接方式和实现过程。文章首先介绍了native方法的概念，以及在Java代码中如何声明和调用native方法。然后详细讲解了两种native方法的链接方式，以及如何在C代码中主动链接。文章还给出了一个具体的示例，展示了如何实现一个native方法，并通过gcc命令将其编译成动态链接库，然后在Java程序中加载并调用该动态链接库。此外，文章还介绍了JNI的API，包括JNI函数的特性和异常处理模式。另外，文章还介绍了JNI中的引用类型，包括局部引用和全局引用的概念，以及它们在垃圾回收中的作用。总的来说，本文通过具体的例子和代码，详细介绍了JNI的运行机制和实现过程，对于想要了解JNI的读者来说，是一份很有价值的参考资料。

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Scott
$ java -Djava.library.path=/PATH/TO/DIR/CONTAINING/libfoo.dylib org.example.Foo Hello, World 这个地方应该是只写路径，不要把文件名加上
作者回复: 多谢指出！
2018-10-05
3
6
Scott
HotSpot 虚拟机是通过句柄（handle）来完成上述需求的。句柄是不是只是移动对象时使用，如果每次访问引用都要读内存两次，那性能影响严重
作者回复: JNI里每次访问都要通过句柄，理论上你可以解引用拿到oop，但是不安全，一旦垃圾回收在你用oop时移动了对象，你就会操作一个实际上已经失效了的oop
2018-10-05

3
L
JNI 的运行机制： 1. Java 中的 native 方法的链接方式主要有两种： 1、自动链接按照 JNI 的默认规范命名所要链接的 C 函数，并依赖于 Java 虚拟机自动链接。 2、主动链接另一种则是在 C 代码中主动链接。 2. JNI 提供了一系列 API 来允许 C 代码使用 Java 语言特性。 1、映射了 Java ⇋ C 的基本数据类型和引用数据类型 int -> jint ... 2、异常处理 3. 防止 C代码中引用到的 Java对象被 JVM GC 在C代码中，可以访问传入的引用类型参数，也可以通过 JNI API 创建新的 Java 对象。 Java 虚拟机需要一种机制，来告知垃圾回收算法，不要回收这些 C 代码中可能引用到的 Java 对象。 -- JNI 的局部引用（Local Reference）和全局引用（Global Reference）这两者都可以阻止垃圾回收器回收被引用的 Java对象。不同的是，局部引用在 native 方法调用返回之后便会失效。传入参数以及大部分 JNI API 函数的返回值都属于局部引用。 4. JNI 的额外性能开销 1、进入 C 函数时，对引用类型参数的句柄化，和调整参数位置（C 调用和 Java 调用传参的方式不一样） 2、从 C 函数返回时，清理线程私有句柄块
2020-07-29

12
libbylg
据说JNI的性能很差，请问这个是否是事实，如果有这个问题，那么是否有提高性能的方法
2018-10-03

7
随心而至
linux下生成文中对应libfoo.so命令如下： gcc -I$JAVA_HOME/include -I$JAVA_HOME/include/linux -fPIC -o libfoo.so -shared foo.c 另外：System.load和System.loadLibrary 可以互换。动手做一下，就明白了。
2019-10-31

4
德惠先生
老师好像没有提到GC_LOCKER机制，并不是所有引用都会被gc直接略过
2020-03-03

2
小陈
不错，之前不懂的懂了
2020-03-29

1
饭粒
Linux: # javac -h . org/example/Foo.java # # gcc -I$JAVA_HOME/include -I$JAVA_HOME/include/linux -fPIC -o libfoo.so -shared foo.c # # tree ./ ./ ├── foo.c ├── libfoo.so ├── org │ └── example │ ├── Foo.class │ └── Foo.java └── org_example_Foo.h 2 directories, 5 files # java -Djava.library.path=. org.example.Foo Hello, World
2019-12-28

1
未知
在《深入理解jvm》第二版一书中，2.3.3章节讲述对象访问定位时提到，Hotspot是使用直接指针而不是句柄去访问对象的。是否是Java内部访问时使用的直接指针而native时使用的句柄？？
2018-12-28

1
javaadu
（1）JNI中也需要考虑对异常的处理（2）JNI中通过句柄引用java对象，（3）垃圾回收器会忽略jni中的局部引用和全局引用
2018-10-23

1

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