Java 環(huán)境和語言對(duì)于應(yīng)用程序開發(fā)來說是非常安全和高效的。但是，一些應(yīng)用程序卻需要執(zhí)行純 Java 程序無法完成的一些任務(wù)，比如：

與舊有代碼集成，避免重新編寫。

實(shí)現(xiàn)可用類庫中所缺少的功能。舉例來說，在 Java 語言中實(shí)現(xiàn) ping 時(shí)，您可能需要 Internet Control Message Protocol (ICMP) 功能，但基本類庫并未提供它。

***與使用 C/C++ 編寫的代碼集成，以充分發(fā)掘性能或其他與環(huán)境相關(guān)的系統(tǒng)特性。

解決需要非 Java 代碼的特殊情況。舉例來說，核心類庫的實(shí)現(xiàn)可能需要跨包調(diào)用或者需要繞過其他 Java 安全性檢查。

JNI 允許您完成這些任務(wù)。它明確分開了 Java 代碼與本機(jī)代碼(C/C++)的執(zhí)行，定義了一個(gè)清晰的 API 在這兩者之間進(jìn)行通信。從很大程度上說，它避免了本機(jī)代碼對(duì) JVM 的直接內(nèi)存引用，從而確保本機(jī)代碼只需編寫一次，并且可以跨不同的 JVM 實(shí)現(xiàn)或版本運(yùn)行。

借助 JNI，本機(jī)代碼可以隨意與 Java 對(duì)象交互，獲取和設(shè)計(jì)字段值，以及調(diào)用方法，而不會(huì)像 Java 代碼中的相同功能那樣受到諸多限制。這種自由是一把雙刃劍：它犧牲 Java 代碼的安全性，換取了完成上述所列任務(wù)的能力。在您的應(yīng)用程序中使用 JNI 提供了強(qiáng)大的、對(duì)機(jī)器資源(內(nèi)存、I/O 等)的低級(jí)訪問，因此您不會(huì)像普通 Java 開發(fā)人員那樣受到安全網(wǎng)的保護(hù)。JNI 的靈活性和強(qiáng)大性帶來了一些編程實(shí)踐上的風(fēng)險(xiǎn)，比如導(dǎo)致性能較差、出現(xiàn) bug 甚至程序崩潰。您必須格外留意應(yīng)用程序中的代碼，并使用良好的實(shí)踐來保障應(yīng)用程序的總體完整性。

本文介紹 JNI 用戶最常遇到的 10 大編碼和設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。其目標(biāo)是幫助您認(rèn)識(shí)到并避免它們，以便您可以編寫安全、高效、性能出眾的 JNI 代碼。本文還將介紹一些用于在新代碼或已有代碼中查找這些問題的工具和技巧，并展示如何有效地應(yīng)用它們。

Java JNI 編程缺陷可以分為兩類：

性能：代碼能執(zhí)行所設(shè)計(jì)的功能，但運(yùn)行緩慢或者以某種形式拖慢整個(gè)程序。

正確性：代碼有時(shí)能正常運(yùn)行，但不能可靠地提供所需的功能;最壞的情況是造成程序崩潰或掛起。

性能缺陷

程序員在使用 JNI 時(shí)的 5 大性能缺陷如下：

◆不緩存方法 ID、字段 ID 和類

◆觸發(fā)數(shù)組副本

◆回訪(Reaching back)而不是傳遞參數(shù)

◆錯(cuò)誤認(rèn)定本機(jī)代碼與 Java 代碼之間的界限

◆使用大量本地引用，而未通知 JVM

◆不緩存方法 ID、字段 ID 和類

要訪問 Java 對(duì)象的字段并調(diào)用它們的方法，本機(jī)代碼必須調(diào)用 FindClass()、GetFieldID()、GetMethodId() 和 GetStaticMethodID()。對(duì)于 GetFieldID()、GetMethodID() 和 GetStaticMethodID()，為特定類返回的 ID 不會(huì)在 JVM 進(jìn)程的生存期內(nèi)發(fā)生變化。但是，獲取字段或方法的調(diào)用有時(shí)會(huì)需要在 JVM 中完成大量工作，因?yàn)樽侄魏头椒赡苁菑某愔欣^承而來的，這會(huì)讓 JVM 向上遍歷類層次結(jié)構(gòu)來找到它們。由于 ID 對(duì)于特定類是相同的，因此您只需要查找一次，然后便可重復(fù)使用。同樣，查找類對(duì)象的開銷也很大，因此也應(yīng)該緩存它們。

舉例來說，清單 1 展示了調(diào)用靜態(tài)方法所需的 JNI 代碼：

清單 1. 使用 JNI 調(diào)用靜態(tài)方法

  　int　val=1;   
　　jmethodID　method;   
　　jclass　cls;   
　　cls　=　(*env)->FindClass(env,　"com/ibm/example/TestClass");   
　　if　((*env)->ExceptionCheck(env))　{   
　　return　ERR_FIND_CLASS_FAILED;   
　　}   
　　method　=　(*env)->GetStaticMethodID(env,　cls,　"setInfo",　"(I)V");   
　　if　((*env)->ExceptionCheck(env))　{   
　　return　ERR_GET_STATIC_METHOD_FAILED;   
　　}   
　　(*env)->CallStaticVoidMethod(env,　cls,　method,val);   
　　if　((*env)->ExceptionCheck(env))　{   
　　return　ERR_CALL_STATIC_METHOD_FAILED;   
　　} 

當(dāng)我們每次希望調(diào)用方法時(shí)查找類和方法 ID 都會(huì)產(chǎn)生六個(gè)本機(jī)調(diào)用，而不是***次緩存類和方法 ID 時(shí)需要的兩個(gè)調(diào)用。

緩存會(huì)對(duì)您應(yīng)用程序的運(yùn)行時(shí)造成顯著的影響。考慮下面兩個(gè)版本的方法，它們的作用是相同的。清單 2 使用了緩存的字段 ID：

清單 2. 使用緩存的字段 ID

     int　sumValues2(JNIEnv*　env,　jobject　obj,　jobject　allValues){   
　　jint　avalue　=　(*env)->GetIntField(env,　allValues,　a);   
　　jint　bvalue　=　(*env)->GetIntField(env,　allValues,　b);   
　　jint　cvalue　=　(*env)->GetIntField(env,　allValues,　c);   
　　jint　dvalue　=　(*env)->GetIntField(env,　allValues,　d);   
　　jint　evalue　=　(*env)->GetIntField(env,　allValues,　e);   
　　jint　fvalue　=　(*env)->GetIntField(env,　allValues,　f);   
　　return　avalue　+　bvalue　+　cvalue　+　dvalue　+　evalue　+　fvalue;   
　　} 

清單 3. 未緩存字段 ID

  　int　sumValues2(JNIEnv*　env,　jobject　obj,　jobject　allValues){   
　　jclass　cls　=　(*env)->GetObjectClass(env,allValues);   
　　jfieldID　a　=　(*env)->GetFieldID(env,　cls,　"a",　"I");   
　　jfieldID　b　=　(*env)->GetFieldID(env,　cls,　"b",　"I");   
　　jfieldID　c　=　(*env)->GetFieldID(env,　cls,　"c",　"I");   
　　jfieldID　d　=　(*env)->GetFieldID(env,　cls,　"d",　"I");   
　　jfieldID　e　=　(*env)->GetFieldID(env,　cls,　"e",　"I");   
　　jfieldID　f　=　(*env)->GetFieldID(env,　cls,　"f",　"I");   
　　jint　avalue　=　(*env)->GetIntField(env,　allValues,　a);   
　　jint　bvalue　=　(*env)->GetIntField(env,　allValues,　b);   
　　jint　cvalue　=　(*env)->GetIntField(env,　allValues,　c);   
　　jint　dvalue　=　(*env)->GetIntField(env,　allValues,　d);   
　　jint　evalue　=　(*env)->GetIntField(env,　allValues,　e);   
　　jint　fvalue　=　(*env)->GetIntField(env,　allValues,　f);   
　　return　avalue　+　bvalue　+　cvalue　+　dvalue　+　evalue　+　fvalue 

清單 2 用 3,572 ms 運(yùn)行了 10,000,000 次。清單 3 用了 86,217 ms — 多花了 24 倍的時(shí)間。

觸發(fā)數(shù)組副本

JNI 在 Java 代碼和本機(jī)代碼之間提供了一個(gè)干凈的接口。為了維持這種分離，數(shù)組將作為不透明的句柄傳遞，并且本機(jī)代碼必須回調(diào) JVM 以便使用 set 和 get 調(diào)用操作數(shù)組元素。Java 規(guī)范讓 JVM 實(shí)現(xiàn)決定讓這些調(diào)用提供對(duì)數(shù)組的直接訪問，還是返回一個(gè)數(shù)組副本。舉例來說，當(dāng)數(shù)組經(jīng)過優(yōu)化而不需要連續(xù)存儲(chǔ)時(shí)，JVM 可以返回一個(gè)副本。(參見 參考資料 獲取關(guān)于 JVM 的信息)。

隨后，這些調(diào)用可以復(fù)制被操作的元素。舉例來說，如果您對(duì)含有 1,000 個(gè)元素的數(shù)組調(diào)用 GetLongArrayElements()，則會(huì)造成至少分配或復(fù)制 8,000 字節(jié)的數(shù)據(jù)(每個(gè) long 1,000 元素 * 8 字節(jié))。當(dāng)您隨后使用 ReleaseLongArrayElements() 更新數(shù)組的內(nèi)容時(shí)，需要另外復(fù)制 8,000 字節(jié)的數(shù)據(jù)來更新數(shù)組。即使您使用較新的 GetPrimitiveArrayCritical()，規(guī)范仍然準(zhǔn)許 JVM 創(chuàng)建完整數(shù)組的副本。

GetTypeArrayRegion() 和 SetTypeArrayRegion() 方法允許您獲取和更新數(shù)組的一部分，而不是整個(gè)數(shù)組。通過使用這些方法訪問較大的數(shù)組，您可以確保只復(fù)制本機(jī)代碼將要實(shí)際使用的數(shù)組部分。

舉例來說，考慮相同方法的兩個(gè)版本，如清單 4 所示：

清單 4. 相同方法的兩個(gè)版本

　jlong　getElement(JNIEnv*　env,　jobject　obj,　jlongArray　arr_j,   
　　int　element){   
　　jboolean　isCopy;   
　　jlong　result;   
　　jlong*　buffer_j　=　(*env)->GetLongArrayElements(env,　arr_j,　&isCopy);   
　　result　=　buffer_j[element];   
　　(*env)->ReleaseLongArrayElements(env,　arr_j,　buffer_j,　0);   
　　return　result;   
　　}   
　　jlong　getElement2(JNIEnv*　env,　jobject　obj,　jlongArray　arr_j,   
　　int　element){   
　　jlong　result;   
　　(*env)->GetLongArrayRegion(env,　arr_j,　element,1,　&result);   
　　return　result;   
　　}   
　　} 

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