一. 什么是Native Method
簡單地講,一個Native Method就是一個java調用非java代碼的接口.一個Native Method是這樣一個java的方法:該方法的實現由非java語言實現,比如C.這個特征并非java所特有,很多其它的編程語言都有這一機制,比如在C＋＋中,你可以用extern "C"告知C＋＋編譯器去調用一個C的函數.
"A native method is a Java method whose implementation is provided by non-java code."
在定義一個native method時,并不提供實現體(有些像定義一個java interface),因為其實現體是由非java語言在外面實現的.,下面給了一個示例:
public class IHaveNatives
{
native public void Native1( int x ) ;
native static public long Native2() ;
native synchronized private float Native3( Object o ) ;
native void Native4( int[] ary ) throws Exception ;
}
這些方法的聲明描述了一些非java代碼在這些java代碼里看起來像什么樣子(view).
標識符native可以與所有其它的java標識符連用,但是abstract除外.這是合理的,因為native暗示這些方法是有實現體的,只不過這些實現體是非java的,但是abstract卻顯然的指明這些方法無實現體.native與其它java標識符連用時,其意義同非Native Method并無差別,比如native static表明這個方法可以在不產生類的實例時直接調用,這非常方便,比如當你想用一個native method去調用一個C的類庫時.上面的第三個方法用到了native synchronized,JVM在進入這個方法的實現體之前會執行同步鎖機制(就像java的多線程.)
一個native method方法可以返回任何java類型,包括非基本類型,而且同樣可以進行異常控制.這些方法的實現體可以制一個異常并且將其拋出,這一點與java的方法非常相似.當一個native method接收到一些非基本類型時如Object或一個整型數組時,這個方法可以訪問這非些基本型的內部,但是這將使這個native方法依賴于你所訪問的java類的實現.有一點要牢牢記住:我們可以在一個native method的本地實現中訪問所有的java特性,但是這要依賴于你所訪問的java特性的實現,而且這樣做遠遠不如在java語言中使用那些特性方便和容易.
native method的存在并不會對其他類調用這些本地方法產生任何影響,實際上調用這些方法的其他類甚至不知道它所調用的是一個本地方法.JVM將控制調用本地方法的所有細節.需要注意當我們將一個本地方法聲明為final的情況.用java實現的方法體在被編譯時可能會因為內聯而產生效率上的提升.但是一個native final方法是否也能獲得這樣的好處卻是值得懷疑的,但是這只是一個代碼優化方面的問題,對功能實現沒有影響.
如果一個含有本地方法的類被繼承,子類會繼承這個本地方法并且可以用java語言重寫這個方法(這個似乎看起來有些奇怪),同樣的如果一個本地方法被fianl標識,它被繼承后不能被重寫.
本地方法非常有用,因為它有效地擴充了jvm.事實上,我們所寫的java代碼已經用到了本地方法,在sun的java的并發(多線程)的機制實現中,許多與操作系統的接觸點都用到了本地方法,這使得java程序能夠超越java運行時的界限.有了本地方法,java程序可以做任何應用層次的任務.
二.為什么要使用Native Method
java使用起來非常方便,然而有些層次的任務用java實現起來不容易,或者我們對程序的效率很在意時,問題就來了.
與java環境外交互:
有時java應用需要與java外面的環境交互.這是本地方法存在的主要原因,你可以想想java需要與一些底層系統如操作系統或某些硬件交換信息時的情況.本地方法正是這樣一種交流機制:它為我們提供了一個非常簡潔的接口,而且我們無需去了解java應用之外的繁瑣的細節.
與操作系統交互:
JVM支持著java語言本身和運行時庫,它是java程序賴以生存的平臺,它由一個解釋器(解釋字節碼)和一些連接到本地代碼的庫組成.然而不管怎 樣,它畢竟不是一個完整的系統,它經常依賴于一些底層(underneath在下面的)系統的支持.這些底層系統常常是強大的操作系統.通過使用本地方法,我們得以用java實現了jre的與底層系統的交互,甚至JVM的一些部分就是用C寫的,還有,如果我們要使用一些java語言本身沒有提供封裝的操作系統的特性時,我們也需要使用本地方法.
Sun's Java
Sun的解釋器是用C實現的,這使得它能像一些普通的C一樣與外部交互.jre大部分是用java實現的,它也通過一些本地方法與外界交互.例如:類java.lang.Thread 的 setPriority()方法是用java實現的,但是它實現調用的是該類里的本地方法setPriority0().這個本地方法是用C實現的,并被植入JVM內部,在Windows 95的平臺上,這個本地方法最終將調用Win32 SetPriority() API.這是一個本地方法的具體實現由JVM直接提供,更多的情況是本地方法由外部的動態鏈接庫(external dynamic link library)提供,然后被JVM調用.
三.JVM怎樣使Native Method跑起來:
我們知道,當一個類第一次被使用到時,這個類的字節碼會被加載到內存,并且只會回載一次.在這個被加載的字節碼的入口維持著一個該類所有方法描述符的list,這些方法描述符包含這樣一些信息:方法代碼存于何處,它有哪些參數,方法的描述符(public之類)等等.
如果一個方法描述符內有native,這個描述符塊將有一個指向該方法的實現的指針.這些實現在一些DLL文件內,但是它們會被操作系統加載到java程序的地址空間.當一個帶有本地方法的類被加載時,其相關的DLL并未被加載,因此指向方法實現的指針并不會被設置.當本地方法被調用之前,這些DLL才會被加載,這是通過調用java.system.loadLibrary()實現的.
最后需要提示的是,使用本地方法是有開銷的,它喪失了java的很多好處.如果別無選擇,我們可以選擇使用本地方法.