使用非JAVA代码

附录A使用非JAVA代码JAVA语言及其标准API（应用程序编程接口）应付应用程序的编写已绰绰有余。但在某些情况下，还是必须使用非JAVA编码。例如，我们有时要访问操作系统的专用特性，与特殊的硬件设备打交道，重复使用现有的非Java接口，或者要使用“对时间敏感”的代码段，等等。与非Java代码的沟通要求获得编译器和“虚拟机”的专门支持，并需附加的工具将Java代码映射成非Java代码（也有一个简单方法：在第15章的“一个Web应用”小节中，有个例子解释了如何利用标准输入输出同非Java代码连接）。目前，不同的开发商为我们提供了不同的方案：Java1.1有“Java固有接口”（JavaNativeInterface，JNI），网景提出了自己的“Java运行期接口”（JavaRuntimeInterface）计划，而微软提供了J/Direct、“本源接口”（RawNativeInterface，RNI）以及Java/COM集成方案。各开发商在这个问题上所持的不同态度对程序员是非常不利的。若Java应用必须调用固有方法，则程序员或许要实现固有方法的不同版本——具体由应用程序运行的平台决定。程序员也许实际需要不同版本的Java代码，以及不同的Java虚拟机。另一个方案是CORBA（通用对象请求代理结构），这是由OMG（对象管理组，一家非赢利性的公司协会）开发的一种集成技术。CORBA并非任何语言的一部分，只是实现通用通信总线及服务的一种规范。利用它可在由不同语言实现的对象之间实现“相互操作”的能力。这种通信总线的名字叫作ORB（对象请求代理），是由其他开发商实现的一种产品，但并不属于Java语言规范的一部分。本附录将对JNI，J/DIRECT，RNI，JAVA/COM集成和CORBA进行概述。但不会作更深层次的探讨，甚至有时还假定读者已对相关的概念和技术有了一定程度的认识。但到最后，大家应该能够自行比较不同的方法，并根据自己要解决的问题挑选出最恰当的一种。A.1Java固有接口JNI是一种包容极广的编程接口，允许我们从Java应用程序里调用固有方法。它是在Java1.1里新增的，维持着与Java1.0的相应特性——“固有方法接口”（NMI）——某种程度的兼容。NMI设计上一些特点使其未获所有虚拟机的支持。考虑到这个原因，Java语言将来的版本可能不再提供对NMI的支持，这儿也不准备讨论它。目前，JNI只能与用C或C++写成的固有方法打交道。利用JNI，我们的固有方法可以：■创建、检查及更新Java对象（包括数组和字串）■调用Java方法■俘获和丢弃“异常”■装载类并获取类信息■进行运行期类型检查所以，原来在Java中能对类及对象做的几乎所有事情在固有方法中同样可以做到。A.1.1调用固有方法我们先从一个简单的例子开始：一个Java程序调用固有方法，后者再调用Win32的API函数MessageBox()，显示出一个图形化的文本框。这个例子稍后也会与J/Direct一志使用。若您的平台不是Win32，只需将包含了下述内容的C头：#includewindows.h替换成：#includestdio.h并将对MessageBox()的调用换成调用printf()即可。第一步是写出对固有方法及它的自变量进行声明的Java代码：999页程序在固有方法声明的后面，跟随有一个static代码块，它会调用System.loadLibrary()（可在任何时候调用它，但这样做更恰当）System.loadLibrary()将一个DLL载入内存，并建立同它的链接。DLL必须位于您的系统路径，或者在包含了Java类文件的目录中。根据具体的平台，JVM会自动添加适当的文件扩展名。1.C头文件生成器：javah现在编译您的Java源文件，并对编译出来的.class文件运行javah。javah是在1.0版里提供的，但由于我们要使用Java1.1JNI，所以必须指定-jni参数：javah-jniShowMsgBoxjavah会读入类文件，并为每个固有方法声明在C或C++头文件里生成一个函数原型。下面是输出结果——ShowMsgBox.h源文件（为符合本书的要求，稍微进行了一下修改）：1000页程序从“#ifdef_cplusplus”这个预处理引导命令可以看出，该文件既可由C编译器编译，亦可由C++编译器编译。第一个#include命令包括jni.h——一个头文件，作用之一是定义在文件其余部分用到的类型；JNIEXPORT和JNICALL是一些宏，它们进行了适当的扩充，以便与那些不同平台专用的引导命令配合；JNIEnv，jobject以及jstring则是JNI数据类型定义。2.名称管理和函数签名JNI统一了固有方法的命名规则；这一点是非常重要的，因为它属于虚拟机将Java调用与固有方法链接起来的机制的一部分。从根本上说，所有固有方法都要以一个“Java”起头，后面跟随Java方法的名字；下划线字符则作为分隔符使用。若Java固有方法“过载”（即命名重复），那么也把函数签名追加到名字后面。在原型前面的注释里，大家可看到固有的签名。欲了解命名规则和固有方法签名更详细的情况，请参考相应的JNI文档。3.实现自己的DLL此时，我们要做的全部事情就是写一个C或C++源文件，在其中包含由javah生成的头文件；并实现固有方法；然后编译它，生成一个动态链接库。这一部分的工作是与平台有关的，所以我假定读者已经知道如何创建一个DLL。通过调用一个Win32API，下面的代码实现了固有方法。随后，它会编译和链接到一个名为MsgImpl.dll的文件里：1001页程序若对Win32没有兴趣，只需跳过MessageBox()调用；最有趣的部分是它周围的代码。传递到固有方法内部的自变量是返回Java的大门。第一个自变量是类型JNIEnv的，其中包含了回调JVM需要的所有挂钩（下一节再详细讲述）。由于方法的类型不同，第二个自变量也有自己不同的含义。对于象上例那样的非static方法（也叫作实例方法），第二个自变量等价于C++的“this”指针，并类似于Java的“this”：都引用了调用固有方法的那个对象。对于static方法，它是对特定Class对象的一个引用，方法就是在那个Class对象里实现的。剩余的自变量代表传递到固有方法调用里的Java对象。主类型也是以这种形式传递的，但它们进行的“按值”传递。在后面的小节里，我们准备讲述如何从一个固有方法的内部访问和控制JVM，同时对上述代码进行更详尽的解释。A.1.2访问JNI函数：JNIEnv自变量利用JNI函数，程序员可从一个固有方法的内部与JVM打交道。正如大家在前面的例子中看到的那样，每个JNI固有方法都会接收一个特殊的自变量作为自己的第一个参数：JNIEnv自变量——它是指向类型为JNIEnv_的一个特殊JNI数据结构的指针。JNI数据结构的一个元素是指向由JVM生成的一个数组的指针；该数组的每个元素都是指向一个JNI函数的指针。可从固有方法的内部发出对JNI函数的调用，做法是撤消对这些指针的引用（具体的操作实际很简单）。每种JVM都以自己的方式实现了JNI函数，但它们的地址肯定位于预先定义好的偏移处。利用JNIEnv自变量，程序员可访问一系列函数。这些函数可划分为下述类别：■获取版本信息■进行类和对象操作■控制对Java对象的全局和局部引用■访问实例字段和静态字段■调用实例方法和静态方法■执行字串和数组操作■产生和控制Java异常JNI函数的数量相当多，这里不再详述。相反，我会向大家揭示使用这些函数时背后的一些基本原理。欲了解更详细的情况，请参阅自己所用编译器的JNI文档。若观察一下jni.h头文件，就会发现在#ifdef_cplusplus预处理器条件的内部，当由C++编译器编译时，JNIEnv_结构被定义成一个类。这个类包含了大量内嵌函数。通过一种简单而且熟悉的语法，这些函数让我们可以从容访问JNI函数。例如，前例包含了下面这行代码：(*jEnv)-ReleaseStringUTFChars(jEnv,jMsg,msg);它在C++里可改写成下面这个样子：jEnv-ReleaseStringUTFChars(jMsg,msg);大家可注意到自己不再需要同时撤消对jEnv的两个引用，相同的指针不再作为第一个参数传递给JNI函数调用。在这些例子剩下的地方，我会使用C++风格的代码。1.访问Java字串作为访问JNI函数的一个例子，请思考上述的代码。在这里，我们利用JNIEnv的自变量jEnv来访问一个Java字串。Java字串采取的是Unicode格式，所以假若收到这样一个字串，并想把它传给一个非Unicode函数（如printf()），首先必须用JNI函数GetStringUTFChars()将其转换成ASCII字符。该函数能接收一个Java字串，然后把它转换成UTF-8字符（用8位宽度容纳ASCII值，或用16位宽度容纳Unicode；若原始字串的内容完全由ASCII构成，那么结果字串也是ASCII）。GetStringUTFChars是JNIEnv间接指向的那个结构里的一个字段，而这个字段又是指向一个函数的指针。为访问JNI函数，我们用传统的C语法来调用一个函数（通过指针）。利用上述形式可实现对所有JNI函数的访问。A.1.3传递和使用Java对象在前例中，我们将一个字串传递给固有方法。事实上，亦可将自己创建的Java对象传递给固有方法。在我们的固有方法内部，可访问已收到的那些对象的字段及方法。为传递对象，声明固有方法时要采用原始的Java语法。如下例所示，MyJavaClass有一个public（公共）字段，以及一个public方法。UseObjects类声明了一个固有方法，用于接收MyJavaClass类的一个对象。为调查固有方法是否能控制自己的自变量，我们设置了自变量的public字段，调用固有方法，然后打印出public字段的值。1004页上程序编译好代码，并将.class文件传递给javah后，就可以实现固有方法。在下面这个例子中，一旦取得字段和方法ID，就会通过JNI函数访问它们。1004-1005页程序除第一个自变量外，C++函数会接收一个jobject，它代表Java对象引用“固有”的那一面——那个引用是我们从Java代码里传递的。我们简单地读取aValue，把它打印出来，改变这个值，调用对象的divByTwo()方法，再将值重新打印一遍。为访问一个字段或方法，首先必须获取它的标识符。利用适当的JNI函数，可方便地取得类对象、元素名以及签名信息。这些函数会返回一个标识符，利用它可访问对应的元素。尽管这一方式显得有些曲折，但我们的固有方法确实对Java对象的内部布局一无所知。因此，它必须通过由JVM返回的索引访问字段和方法。这样一来，不同的JVM就可实现不同的内部对象布局，同时不会对固有方法造成影响。若运行Java程序，就会发现从Java那一侧传来的对象是由我们的固有方法处理的。但传递的到底是什么呢？是指针，还是Java引用？而且垃圾收集器在固有方法调用期间又在做什么呢？垃圾收集器会在固有方法执行期间持续运行，但在一次固有方法调用期间，我们的对象可保证不会被当作“垃圾”收集去。为确保这一点，事先创建了“局部引用”，并在固有方法调用之后立即清除。由于它们的“生命期”与调用过程息息相关，所以能够保证对象在固有方法调用期间的有效性。由于这些引用会在每次函数调用的时候创建和破坏，所以不可在static变量中制作固有方法的局部副本（本地拷贝）。若希望一个引用在函数存在期间持续有效，就需要一个全局引用。全局引用不是由JVM创建的，但通过调用特定的JNI函数，程序员可将局部引用扩展为全局引用。创建一个全局引用时，需对引用对象的“生存时间”负责。全局引用（以及它引用的对象）会一直留在内存里，直到用特定的JNI函数明确释放了这个引用。它类似于C的malloc()和free()。A.1.4JNI和