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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:

  1. 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
  2. 本地方法:在Java中声明但在本地代码中实现的方法
  3. 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:

代码语言:txt
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#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:

代码语言:txt
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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:

代码语言:txt
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#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

代码语言:txt
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#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

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

关键技术与注意事项

  1. 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
  2. 线程安全:JNIEnv是线程相关的,不能跨线程使用
  3. 内存管理:注意本地引用和全局引用的使用,避免内存泄漏
  4. 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

代码语言:txt
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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

代码语言:txt
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#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

  1. 编译Java代码并生成头文件:
  2. 编译Java代码并生成头文件:
  3. 编译C代码为动态库:
  4. 编译C代码为动态库:
  5. 运行C程序:
  6. 运行C程序:

应用场景

这种双向通信机制适用于:

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

常见问题与解决方案

  1. 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

通过以上方法,您可以实现Java应用程序与C应用程序之间的双向数据通信。

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