如何使用JNI从通过调用API启动的Java应用程序将数据发送回C应用程序？

使用JNI从Java应用程序将数据发送回C应用程序

基础概念

JNI(Java Native Interface)是Java平台提供的一种机制，允许Java代码与本地代码(通常是C/C++)相互调用。要实现从Java应用程序将数据发送回C应用程序，需要理解以下几个关键概念：

JNI环境：Java虚拟机(JVM)提供的接口，用于在本地代码中访问Java功能
本地方法：在Java中声明但在本地代码中实现的方法
回调机制：C程序调用Java方法，然后Java方法通过JNI回调C函数

实现步骤

1. 在C端设置回调函数

首先，在C程序中定义一个回调函数，这个函数将被Java调用：

#include <jni.h>
#include <stdio.h>

// 回调函数原型
void callback_from_java(JNIEnv *env, jobject obj, jint value) {
    printf("Received from Java: %d\n", value);
}

// 全局变量存储回调函数指针
void (*g_callback)(JNIEnv*, jobject, jint) = NULL;

// 注册回调函数
void register_callback(void (*callback)(JNIEnv*, jobject, jint)) {
    g_callback = callback;
}

2. 创建Java类与本地方法

在Java端创建一个类，包含本地方法声明：

public class DataSender {
    // 本地方法声明
    public native void sendDataToC(int data);
    
    // 加载本地库
    static {
        System.loadLibrary("DataSender");
    }
    
    // 供C调用的方法
    public static void receiveDataFromC(int data) {
        System.out.println("Received from C: " + data);
    }
}

3. 实现JNI本地方法

在C端实现Java中声明的本地方法：

#include "DataSender.h" // 由javah生成的头文件

JNIEXPORT void JNICALL Java_DataSender_sendDataToC(JNIEnv *env, jobject obj, jint data) {
    printf("Java is sending data: %d\n", data);
    
    // 如果有注册的回调函数，调用它
    if (g_callback != NULL) {
        g_callback(env, obj, data);
    }
}

4. 在C程序中启动JVM并调用Java方法

#include <jni.h>

JavaVM *jvm;
JNIEnv *env;

void launchJVM() {
    JavaVMInitArgs vm_args;
    JavaVMOption options[1];
    
    options[0].optionString = "-Djava.class.path=."; // 设置类路径
    
    vm_args.version = JNI_VERSION_1_8;
    vm_args.nOptions = 1;
    vm_args.options = options;
    vm_args.ignoreUnrecognized = JNI_TRUE;
    
    // 创建JVM
    JNI_CreateJavaVM(&jvm, (void**)&env, &vm_args);
    
    // 注册回调
    register_callback(callback_from_java);
    
    // 查找并调用Java主类
    jclass cls = (*env)->FindClass(env, "DataSender");
    jmethodID mid = (*env)->GetStaticMethodID(env, cls, "main", "([Ljava/lang/String;)V");
    (*env)->CallStaticVoidMethod(env, cls, mid, NULL);
}

5. 完整交互流程

C程序启动JVM并调用Java主方法
Java应用程序运行，在需要时调用本地方法sendDataToC
JNI本地方法实现中调用C回调函数
C回调函数处理来自Java的数据

关键技术与注意事项

JNI数据类型转换：正确处理jint, jstring等JNI类型与C原生类型的转换
线程安全：JNIEnv是线程相关的，不能跨线程使用
内存管理：注意本地引用和全局引用的使用，避免内存泄漏
异常处理：检查Java抛出的异常并适当处理

示例代码整合

Java端完整代码

public class DataSender {
    public native void sendDataToC(int data);
    
    static {
        System.loadLibrary("DataSender");
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        DataSender sender = new DataSender();
        
        // 模拟发送数据到C
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            sender.sendDataToC(i);
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    
    public static void receiveDataFromC(int data) {
        System.out.println("Java received from C: " + data);
    }
}

C端完整代码

#include <jni.h>
#include <stdio.h>

JavaVM *jvm;
JNIEnv *env;

void callback_from_java(JNIEnv *env, jobject obj, jint value) {
    printf("C received from Java: %d\n", value);
    
    // 可以在这里调用Java方法返回数据
    jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, obj);
    jmethodID mid = (*env)->GetStaticMethodID(env, cls, "receiveDataFromC", "(I)V");
    if (mid != NULL) {
        (*env)->CallStaticVoidMethod(env, cls, mid, value * 2);
    }
}

void (*g_callback)(JNIEnv*, jobject, jint) = NULL;

void register_callback(void (*callback)(JNIEnv*, jobject, jint)) {
    g_callback = callback;
}

JNIEXPORT void JNICALL Java_DataSender_sendDataToC(JNIEnv *env, jobject obj, jint data) {
    if (g_callback != NULL) {
        g_callback(env, obj, data);
    }
}

void launchJVM() {
    JavaVMInitArgs vm_args;
    JavaVMOption options[1];
    options[0].optionString = "-Djava.class.path=.";
    
    vm_args.version = JNI_VERSION_1_8;
    vm_args.nOptions = 1;
    vm_args.options = options;
    vm_args.ignoreUnrecognized = JNI_TRUE;
    
    JNI_CreateJavaVM(&jvm, (void**)&env, &vm_args);
    
    register_callback(callback_from_java);
    
    jclass cls = (*env)->FindClass(env, "DataSender");
    jmethodID mid = (*env)->GetStaticMethodID(env, cls, "main", "([Ljava/lang/String;)V");
    (*env)->CallStaticVoidMethod(env, cls, mid, NULL);
}

int main() {
    launchJVM();
    
    // 销毁JVM
    (*jvm)->DestroyJavaVM(jvm);
    return 0;
}

编译与运行

编译Java代码并生成头文件：
编译Java代码并生成头文件：
编译C代码为动态库：
编译C代码为动态库：
运行C程序：
运行C程序：

应用场景

这种双向通信机制适用于：

Java和C混合开发的应用程序
需要Java调用现有C库功能的场景
性能敏感部分用C实现，业务逻辑用Java实现的系统
嵌入式系统中Java与底层硬件的交互

常见问题与解决方案

找不到本地库：
- 确保库路径正确，使用-Djava.library.path指定库路径
- 在Linux/Mac上库名前加lib，Windows不加

JNI方法签名错误：
- 使用javap -s查看正确的方法签名
- 确保方法名和参数类型完全匹配
内存泄漏：
- 及时释放本地引用或转换为全局引用
- 使用DeleteLocalRef释放不再需要的引用
线程问题：
- 跨线程使用JNI时，通过AttachCurrentThread获取JNIEnv
- 完成后调用DetachCurrentThread