Java中的关键字 native

Java中的关键字 `native`

在Java中，native 关键字用于声明本地方法，即由非Java语言（如C、C++）编写的方法。这些本地方法可以通过Java调用，以便访问底层操作系统、硬件资源或遗留代码库。使用 native 关键字的主要目的是让Java与其他语言进行交互，通常通过Java Native Interface（JNI）实现。

1. `native` 的基本作用

本地方法调用：native 修饰符用于告诉Java虚拟机（JVM）这个方法的实现不是用Java语言编写的，而是在外部语言（如C、C++）中实现。
跨平台能力：虽然Java本身是跨平台的，但有时需要与特定平台相关的功能或性能优化（如访问操作系统功能或硬件控制），此时通过 native 调用本地代码是一个解决方案。

2. `native` 方法的声明

当一个方法被声明为 native 时，它没有方法体，而是通过 JNI 调用外部代码。其声明形式如下：

public native void methodName();

示例：

public class NativeExample {public native void printMessage();  // 声明一个本地方法
}

在这个例子中，printMessage() 方法没有实现，而是交由本地语言处理。

3. 如何使用 `native` 方法

1. 步骤概述：

使用 native 方法通常包括以下步骤：

声明本地方法：在Java类中使用 native 关键字声明需要调用的本地方法。
加载本地库：在Java代码中使用 System.loadLibrary() 或 System.load() 来加载实现这些本地方法的动态库。
实现本地方法：使用C或C++编写这些本地方法的实现代码。
使用 JNI：通过Java Native Interface（JNI）将Java和本地代码连接起来。

2. JNI 的使用过程：

以下是一个典型的使用JNI的流程：

声明 Java 类中的本地方法：
```
java">
```

public class NativeExample {
static {
System.loadLibrary(“nativeLib”); // 加载名为 nativeLib 的本地库
}

  public native void printMessage();  // 声明本地方法public static void main(String[] args) {NativeExample example = new NativeExample();example.printMessage();  // 调用本地方法}

}


- **生成头文件**： 使用 `javac` 编译Java代码后，使用 `javah`（JDK 8及以前）或 `javac -h`（JDK 9及以后）生成头文件：```bash
javac NativeExample.java
javac -h . NativeExample.java  // 生成 C/C++ 头文件

C/C++ 实现：接下来，在C或C++中实现该方法。生成的头文件定义了如何将Java类与C/C++代码绑定：

#include <jni.h>
#include <stdio.h>
#include "NativeExample.h"JNIEXPORT void JNICALL Java_NativeExample_printMessage(JNIEnv *env, jobject obj) {printf("Hello from C!\n");
}

编译生成本地库：将C代码编译成一个动态库，以便Java能够加载它。不同操作系统上生成动态库的命令不同：

Linux/MacOS :

gcc -shared -o libnativeLib.so -fPIC NativeExample.c -I$JAVA_HOME/include -I$JAVA_HOME/include/linux

Windows :

cl -LD NativeExample.c -FeNativeExample.dll -I"%JAVA_HOME%\include" -I"%JAVA_HOME%\include\win32"

运行Java程序：最后，运行Java程序，调用本地库中的 printMessage() 方法。

3. 完整示例：

java">// Java Class
public class NativeExample {static {System.loadLibrary("nativeLib");  // 加载本地库}public native void printMessage();public static void main(String[] args) {NativeExample example = new NativeExample();example.printMessage();  // 调用本地方法}
}

// C/C++ Implementation (NativeExample.c)
#include <jni.h>
#include <stdio.h>
#include "NativeExample.h"JNIEXPORT void JNICALL Java_NativeExample_printMessage(JNIEnv *env, jobject obj) {printf("Hello from native code!\n");
}

4. `native` 的常见使用场景

访问底层操作系统功能：通过本地方法，Java程序可以调用操作系统级别的API，例如文件系统、网络接口、硬件驱动等。
性能优化：在某些性能关键的场景下，可能需要使用C或C++编写的高性能代码，并通过 native 调用。比如图像处理、加密解密等。
与遗留系统交互：如果你有已经编写好的C/C++库或旧系统，并希望在Java中使用它们，native 是一种集成方式。
设备驱动和嵌入式开发：在嵌入式系统或需要直接与硬件打交道的场景中，Java可以通过 native 方法调用底层的硬件接口。

5. `native` 的缺点

跨平台性问题：Java的优势之一是“写一次，跑遍所有平台”，但是 native 方法会打破这一特性。不同平台（Windows、Linux、macOS）需要编写不同的本地代码，并生成不同的动态库。
调试复杂：本地代码（C/C++）的错误可能导致程序崩溃，这种问题难以调试，尤其是在与Java的交互过程中。
增加安全风险：本地代码可以直接访问系统资源和内存，错误的本地代码可能会导致安全漏洞或内存泄漏。

6. `native` 与 JNI

JNI 是Java与本地代码交互的标准接口。它为Java与C/C++代码之间提供了桥梁，允许两者之间的数据传递和方法调用。

JNI 的核心功能：
- 从Java中调用本地方法。
- 在C/C++中访问Java对象和字段。
- 处理Java异常。
- 将C/C++数据类型转换为Java数据类型，反之亦然。

总结：

native 关键字用于声明在C/C++等非Java语言中实现的方法。
常与 JNI 配合使用，以便与操作系统进行交互、性能优化或访问遗留系统。
虽然功能强大，但增加了跨平台的复杂性和调试难度。