一、JNI技术本质

JNI（Java Native Interface）是Java与其他语言（主要是C/C++）交互的桥梁。当遇到以下场景时，JNI成为必选项：
1. 需要调用操作系统特定功能
2. 性能敏感型计算任务
3. 复用现有Native代码库
4. 硬件直接访问需求

实际案例：OpenJDK的IO操作、Android的ART虚拟机都是JNI的典型应用。

二、开发环境准备

bash

基础工具链

sudo apt install gcc make openjdk-11-jdk

关键验证步骤：
java javac -version gcc --version

注意：必须保证Java与C编译器版本兼容，推荐JDK8或11搭配GCC 7+。

三、实战开发四步法

3.1 声明Native方法

java
public class NativeDemo {
// 加载动态库
static {
System.loadLibrary("nativeDemo");
}

// native方法声明
public native int computeHash(String input);

}

3.2 生成头文件

bash javac -h ./ NativeDemo.java
生成的头文件示例：c
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */

include <jni.h>

JNIEXPORT jint JNICALL JavaNativeDemocomputeHash
(JNIEnv *, jobject, jstring);

3.3 C++实现核心逻辑

cpp

include "NativeDemo.h"

include

JNIEXPORT jint JNICALL JavaNativeDemocomputeHash
(JNIEnv *env, jobject obj, jstring jstr) {

const char *str = env->GetStringUTFChars(jstr, 0);
int hash = 0;

for(int i=0; str[i]!='\0'; i++){
    hash = 31*hash + str[i];
}

env->ReleaseStringUTFChars(jstr, str);
return hash;

}

3.4 编译与链接

Linux系统编译指令：
bash g++ -shared -fPIC -I${JAVA_HOME}/include \ -I${JAVA_HOME}/include/linux \ NativeDemo.cpp -o libnativeDemo.so

Windows系统需使用__declspec(dllexport)并生成DLL文件。

四、关键技术细节

1. 内存管理：

   
   
   
   • 通过JNIEnv管理Java堆内存
   • 必须释放GetStringUTFChars获取的字符串
   • 局部引用自动回收，全局引用需手动删除

2. 异常处理：
   cpp jthrowable exc = env->ExceptionOccurred(); if(exc){ env->ExceptionDescribe(); env->ExceptionClear(); }

3. 类型映射表：
   | Java类型 | JNI类型 | C类型 |
   |----------|-----------|--------------|
   | boolean | jboolean | unsigned char|
   | int | jint | int |
   | String | jstring | char* |

五、性能优化技巧

1. 方法ID缓存：
   cpp static jmethodID mid; if(mid == NULL){ mid = env->GetMethodID(cls, "callback", "(I)V"); }

2. 直接缓冲区访问：
   java ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);

3. 临界区优化：
   cpp jbyte* data = env->GetPrimitiveArrayCritical(arr, 0); // 快速访问数组 env->ReleasePrimitiveArrayCritical(arr, data, 0);

六、常见问题排查

1. UnsatisfiedLinkError：

   
   
   
   • 检查库路径：-Djava.library.path=./
   • 验证库命名规范：Linux需前缀lib，Windows需.dll

2. JVM崩溃：

   
   
   
   • 使用gdb调试：gdb --args java -Xcheck:jni Main
   • 检查NULL指针和内存越界

3. 版本兼容问题：

   
   
   
   • 确保头文件与运行时JVM版本一致
   • 32/64位库必须匹配JVM架构