2.3　使用JNI

在密码学领域搞开发，无论是看密码算法的文献资料还是调用业界著名的密码函数库、大数库、数学库等，都免不了要和C语言打交道。为了避免重复造轮子或在关键领域需要提高性能，一些基础的算法功能，我们完全可以利用现有的C函数库来作为巨人的肩膀。这就涉及在Java中调用C函数的问题。Java提供了JNI机制，使得调用C函数易如反掌。

JNI（Java native interface，Java原生接口），是Java语言的本地编程接口。在Java程序中，我们可以通过JNI实现一些用Java语言不便实现的功能，具体如下：

（1）标准的Java类库没有提供应用程序所需要的功能，通常这些功能是平台相关的（只能由其他语言编写）。

（2）希望使用一些已经有的类库或者应用程序，而它们并非用Java语言编写的。

（3）程序的某些部分对速度要求比较苛刻，你选择用汇编或者C语言来实现并在Java语言中调用。

（4）为了应用的安全性，会将一些复杂的逻辑和算法通过本地代码（C或C++）来实现，本地代码比字节码难以破解。

Java可以通过JNI调用C/C++的库，这对于那些对性能要求比较高的Java程序或者Java无法处理的任务无疑是一个很好的方式。Java中的JNI开发流程主要分为以下6步：

（1）编写声明了native方法的Java类。

（2）将Java源代码编译成class字节码文件。

（3）用javah-jni命令生成.h头文件（javah是JDK自带的一个命令，-jni参数表示将class中用native声明的函数生成jni规则的函数）。

（4）用本地代码实现.h头文件中的函数。

（5）将本地代码编译成动态库（Windows：*.dll，Linux/Unix：*.so，Mac OS x：*.jnilib）。

（6）复制动态库至java.library.path本地库搜索目录下，并运行Java程序。

下面我们通过实例来说明。

【例2.5】　第一个JNI程序

（1）打开Eclipse，设置工作区路径，注意本例用编号作为工作区文件夹名（这是为了给大家演示多样性情况，所以本例没有用myws作为工作区名称）。新建一个Java工程，工程名是SimpleHello。在工程中新建一个类，在New Java Class对话框的Package文本框中输入包名“com.study.jni.demo.simple”，在Name文本框中输入类名“SimpleHello”，同时选中“public static void main(String []args]”复选框，如图2-45所示。

这里简单解释一下Package（包）。Java提供了包机制，用于区别类名的命名空间。包机制把功能相似或相关的类或接口组织在同一个包中，方便类的查找和使用。如同文件夹一样，包也采用了树形目录的存储方式。同一个包中的类名字是不同的，不同的包中的类名字是可以相同的，当同时调用两个不同包中相同类名的类时，应该加上包名以示区别。因此，包可以避免名字冲突。另外，包也限定了访问权限，拥有包访问权限的类才能访问某个包中的类。Java使用包（package）这种机制是为了防止命名冲突，访问控制，提供搜索和定位类（class）、接口、枚举（enumerations）和注释（annotation）等。

在图2-45中设置好3个选项后，单击Finish按钮关闭对话框。此时，Eclipse会显示SimpleHello.java的编辑窗口。我们在SimpleHello.java中输入如下代码：

main函数中调用了sayHello函数。注意，sayHello()方法的声明中有一个关键字native，表明这个方法使用Java以外的语言来实现。该方法不包括业务功能实现，因为我们要用C/C++语言实现它。同时System.loadLibrary("hello")这句代码是在静态初始化块中定义的，系统用来装载hello库，这就是我们在后面生成的hello.dll。

（2）生成.h文件。打开命令行窗口，然后进入SimpleHello.java所在的目录，这里是D:\eclipse-workspace\2.5\SimpleHello\src\com\study\jni\demo\simple\，然后输入如下命令：

    javac SimpleHello.java -h .

注意，-h后面有一个空格，然后是一个黑点。选项-h表示需要生成jni的头文件，黑点表示在当前目录下生成头文件。如果需要指定目录，那么可以把黑点改成文件夹名称（文件夹会自动新建）。执行该命令后，会在同一目录生成两个文件：SimpleHello.class和com_study_jni_demo_simple_SimpleHello.h。后者是我们所需的头文件，不要修改，后面在VC工程中会用到。

（3）编写本地实现代码。

用C/C++语言实现Java中定义的方法，其实就是新建一个dll程序。dll其实就是一个动态库。关于更多动态库的知识，大家可以参考清华大学出版社出版的《Visual C++ 2017从入门到精通》。

打开VC 2017，按Ctrl+Shift+N快捷键打开“新建项目”对话框，然后在左边选择“Windows桌面”项，在右边选择“Windows桌面向导”，然后在下面输入工程名“hello”，并设置好工程所存放的位置，如图2-46所示。

单击“确定”按钮，随后会出现“Windows桌面项目”对话框，设置“应用程序类型”为“动态链接库(.dll)”，并取消勾选“预编译标头”复选框，如图2-47所示。

单击“确定”按钮，此时一个dll工程就建立起来了。在VC解决方案中双击hello.cpp，然后在编辑框中输入如下代码：

代码主要实现了sayHello，里面的内容很简单，主要是把Java传来的参数打印出来。其中，jni.h是JDK的自带文件，我们需要为VC工程添加JDK路径包含，在VC菜单栏选择“项目→属性→配置属性→C/C++”，然后在右边“平台”下选择“x64”（因为我们要生成64位的dll），并在“附加包含目录”旁输入“%JAVA_HOME%\include;%JAVA_HOME%\include\win32”，如图2-48所示。

单击“确定”按钮关闭对话框，然后把D:\eclipse-workspace\2.5\SimpleHello\src\com\study\jni\demo\simple\下的com_study_jni_demo_simple_SimpleHello.h复制到VC工程目录下，并在VC中添加该头文件，并在VC工具栏上选择解决方案平台为x64，如图2-49所示。

在VC工具栏处切换解决方案平台为x64，按F7键生成解决方案，此时将在hello\x64\Debug下生成hello.dll，把该文件复制到C:\windows下。至此，VC本地代码开发工作完成。

（4）重新回到Eclipse中，按Ctrl+F11快捷键运行工程，可以看到下方控制台窗口上有输出内容，如图2-50所示。

其中，打印了VC程序中的打印语句，还打印了VC函数的返回值（字符串：hello Ljy）。从这个例子，我们可以验证Java向本地函数传参数并获取返回值，这个操作成功了！如果不喜欢在C:\windows下添加文件，那么可以把hello.dll放到Java工程目录或者任意一个目录下，只要在Java中指定绝对路径即可，比如把hello.dll放到D盘下，则在Java程序要写成绝对路径： eprwHHVB5zM8Jp1LvZ4Q/iNNSlLiSLLhE3a2aPMLRFVfCBmdROO6vScg6ctAWL87

    //写绝对路径时，后缀名.dll也要写出来，并且要用load函数
    System.load("d:/hello.dll");