Java 中的 native 關鍵字用于調用非 java 語言實現的函數，1. 允許聲明無實現的方法，2. 要求使用 c++/c++ 和 jni 實現并鏈接，3. 提供訪問底層資源和提升性能的能力。native 方法通過 jni 映射到 native 函數，并借助 jnienv 指針與 jvm 交互，盡管帶來上下文切換和類型轉換的開銷，但可通過減少調用次數、使用直接內存等優化策略緩解。此外，native 代碼需手動處理異常并通過 thrownew 拋出 java 異常后立即返回以避免崩潰。
Java 中的 native 關鍵字，簡單來說，它允許 Java 代碼調用用其他語言（通常是 C 或 C++）編寫的函數。這使得 Java 應用程序可以訪問底層系統資源或利用現有非 Java 代碼庫。
native 方法實現的兩個要點：
- 聲明和鏈接： 在 Java 類中聲明 native 方法，但不提供實現。然后，你需要使用 C 或 C++ 編寫實現，并使用 JNI (Java Native interface) 將 Java 方法簽名映射到 C/C++ 函數。最后，將編譯后的 C/C++ 代碼鏈接到 Java 應用程序中。
- JNI 的使用： JNI 是 Java 提供的一套接口，用于在 Java 和 native 代碼之間進行交互。你需要理解 JNI 的數據類型映射、對象引用管理以及異常處理機制。
如何理解 native 關鍵字？為什么需要它？
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native 關鍵字的存在，某種程度上，是 Java 追求“一次編寫，到處運行”的理想與現實妥協的產物。 理想很豐滿，現實卻骨感。總有些時候，我們需要直接操作硬件，或者使用一些性能極致優化的庫，而這些往往是用 C/C++ 實現的。 比如，圖形渲染、音視頻編解碼，或者是一些底層的系統調用。
想象一下，如果你要寫一個高性能的圖像處理程序，完全用 Java 實現，效率可能遠不如直接調用底層的 C++ 庫。 native 關鍵字就提供了這樣一座橋梁，讓 Java 代碼可以調用這些 C/C++ 代碼，從而獲得更高的性能或者訪問底層資源的能力。
為什么不直接用 C/C++ 寫？
當然，你可以直接用 C/C++ 寫，但 Java 的優勢在于其跨平臺性、垃圾回收機制、以及豐富的類庫。 使用 Java 結合 native 方法，可以兼顧兩者的優點。
如何編寫和調用一個簡單的 native 方法？
假設我們有一個 Java 類，需要調用一個 C 函數來計算兩個整數的和。
1. Java 代碼：
public class NativeAdder { static { System.loadLibrary("nativeadder"); // 加載 native 庫 } public native int add(int a, int b); // 聲明 native 方法 public static void main(String[] args) { NativeAdder adder = new NativeAdder(); int sum = adder.add(5, 3); System.out.println("Sum: " + sum); } }
2. C 代碼 (nativeadder.c)：
#include <jni.h> #include "NativeAdder.h" // 根據 Java 類生成頭文件 JNIEXPORT jint JNICALL Java_NativeAdder_add(JNIEnv *env, jobject obj, jint a, jint b) { return a + b; }
3. 生成頭文件：
使用 javac -h . NativeAdder.java 命令生成 NativeAdder.h 頭文件。
4. 編譯 C 代碼：
使用 C 編譯器（例如 GCC）將 nativeadder.c 編譯成動態鏈接庫（例如 nativeadder.so 或 nativeadder.dll）。
5. 運行 Java 代碼：
確保動態鏈接庫在 Java 的 library path 中，然后運行 Java 程序。
JNIEnv 指針是什么？它有什么作用？
JNIEnv 是一個指向 JNI 函數表的指針。這個函數表包含了所有用于在 native 代碼中與 Java 虛擬機交互的函數。 換句話說，你可以通過 JNIEnv 指針來訪問 Java 對象、調用 Java 方法、拋出 Java 異常等等。
你可以把它想象成一個“翻譯器”，它負責把 Java 世界的規則翻譯成 C/C++ 世界能理解的語言，反之亦然。 比如，你需要創建一個 Java 字符串對象，你就需要通過 JNIEnv 指針調用 NewStringUTF 函數。
JNI 的性能開銷有多大？如何優化？
JNI 調用確實會帶來一定的性能開銷，因為涉及到 Java 和 native 代碼之間的上下文切換、數據類型轉換等操作。 這種開銷在頻繁調用的場景下會變得比較明顯。
優化 JNI 性能的一些方法：
- 減少 JNI 調用次數： 盡量將多個操作合并到一個 native 方法中執行，避免頻繁的跨語言調用。
- 使用直接內存 (Direct Memory)： 直接內存是 JVM 堆外的一塊內存區域，native 代碼可以直接訪問，避免了數據在 Java 堆和 native 堆之間的復制。
- 緩存 JNI 方法 ID： JNI 方法 ID 用于標識 Java 方法，在第一次調用時需要查找。 可以將方法 ID 緩存起來，避免重復查找。
- 使用 primitive 類型： 盡量使用 primitive 類型（例如 int、Float）而不是對象類型（例如 Integer、Float），因為 primitive 類型的轉換開銷更小。
- 避免不必要的對象創建： 在 native 代碼中創建 Java 對象會帶來額外的開銷，盡量避免不必要的對象創建。
JNI 的異常處理機制是怎樣的？
在 native 代碼中，如果發生異常，你需要使用 JNI 函數 ThrowNew 或 Throw 拋出 Java 異常。 拋出異常后，native 方法應該立即返回，避免執行任何可能導致程序崩潰的操作。 JVM 會自動處理拋出的異常，并將其傳遞給 Java 代碼中的異常處理程序。
需要注意的是，在 native 代碼中拋出異常并不會立即終止程序的執行。 你需要顯式地返回，讓 JVM 來處理異常。 如果 native 方法沒有返回，JVM 可能會崩潰。
