1. JNA簡(jiǎn)單介紹

先說(shuō)JNI(Java Native Interface)吧，有過(guò)不同語(yǔ)言間通信經(jīng)歷的一般都知道，它允許Java代碼和其他語(yǔ)言（尤其C/C++）寫(xiě)的代碼進(jìn)行交互，只要遵守調用約定即可。首先看下JNI調用C/C++的過(guò)程，注意寫(xiě)程序時(shí)自下而上，調用時(shí)自上而下。

可 見(jiàn)步驟非常的多，很麻煩，使用JNI調用.dll/.so共享庫都能體會(huì )到這個(gè)痛苦的過(guò)程。如果已有一個(gè)編譯好的.dll/.so文件，如果使用JNI技 術(shù)調用，我們首先需要使用C語(yǔ)言另外寫(xiě)一個(gè).dll/.so共享庫，使用SUN規定的數據結構替代C語(yǔ)言的數據結構，調用已有的 dll/so中公布的函 數。然后再在Java中載入這個(gè)庫dll/so，最后編寫(xiě)Java  native函數作為鏈接庫中函數的代理。經(jīng)過(guò)這些繁瑣的步驟才能在Java中調用 本地代碼。因此，很少有Java程序員愿意編寫(xiě)調用dll/.so庫中原生函數的java程序。這也使Java語(yǔ)言在客戶(hù)端上乏善可陳，可以說(shuō)JNI是 Java的一大弱點(diǎn)！

那么JNA是什么呢？

JNA(Java Native Access)是一個(gè)開(kāi)源的Java框架，是Sun公司推出的一種調用本地方法的技術(shù)，是建立在經(jīng)典的JNI基礎之上的一個(gè)框架。之所以說(shuō)它是JNI的替 代者，是因為JNA大大簡(jiǎn)化了調用本地方法的過(guò)程，使用很方便，基本上不需要脫離Java環(huán)境就可以完成。

如果要和上圖做個(gè)比較，那么JNA調用C/C++的過(guò)程大致如下：

可以看到步驟減少了很多，最重要的是我們不需要重寫(xiě)我們的動(dòng)態(tài)鏈接庫文件，而是有直接調用的API，大大簡(jiǎn)化了我們的工作量。

JNA只需要我們寫(xiě)Java代碼而不用寫(xiě)JNI或本地代碼。功能相對于Windows的Platform/Invoke和Python的ctypes。

2. JNA技術(shù)原理

JNA使用一個(gè)小型的JNI庫插樁程序來(lái)動(dòng)態(tài)調用本地代碼。開(kāi)發(fā)者使用Java接口描述目標本地庫的功能和結構，這使得它很容易利用本機平臺的功能，而不會(huì )產(chǎn)生多平臺配置和生成JNI代碼的高開(kāi)銷(xiāo)。這樣的性能、準確性和易用性顯然受到很大的重視。

此外，JNA包括一個(gè)已與許多本地函數映射的平臺庫，以及一組簡(jiǎn)化本地訪(fǎng)問(wèn)的公用接口。

注意：

JNA是建立在JNI技術(shù)基礎之上的一個(gè)Java類(lèi)庫，它使您可以方便地使用java直接訪(fǎng)問(wèn)動(dòng)態(tài)鏈接庫中的函數。

原來(lái)使用JNI，你必須手工用C寫(xiě)一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫，在C語(yǔ)言中映射Java的數據類(lèi)型。

JNA中，它提供了一個(gè)動(dòng)態(tài)的C語(yǔ)言編寫(xiě)的轉發(fā)器，可以自動(dòng)實(shí)現Java和C的數據類(lèi)型映射，你不再需要編寫(xiě)C動(dòng)態(tài)鏈接庫。

也許這也意味著(zhù)，使用JNA技術(shù)比使用JNI技術(shù)調用動(dòng)態(tài)鏈接庫會(huì )有些微的性能損失。但總體影響不大，因為JNA也避免了JNI的一些平臺配置的開(kāi)銷(xiāo)。

3. JNA簡(jiǎn)單使用

JNA的項目已遷移至Github，目前最新版本是4.1.0，已有打包好的jar文件可供下載。

JNA把一個(gè).dll/.so文件看做是一個(gè)Java接口，下面以一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例來(lái)說(shuō)明怎么使用。

當然要從最經(jīng)典的HelloWorld開(kāi)始，我們調用C的printf函數打印出“HelloWorld”（官方的例子），前提是已將jar包加入你的classpath。

package com.sun.jna.examples;import com.sun.jna.Library;import com.sun.jna.Native;import com.sun.jna.Platform;/** Simple example of JNA interface mapping and usage. */public class HelloWorld {    // This is the standard, stable way of mapping, which supports extensive    // customization and mapping of Java to native types.    public interface CLibrary extends Library {        CLibrary INSTANCE = (CLibrary)            Native.loadLibrary((Platform.isWindows() ? "msvcrt" : "c"),                               CLibrary.class);        void printf(String format, Object... args);    }    public static void main(String[] args) {        CLibrary.INSTANCE.printf("Hello, World\n");        for (int i=0;i < args.length;i++) {            CLibrary.INSTANCE.printf("Argument %d: %s\n", i, args[i]);        }    }}

運行程序，如果沒(méi)有帶參數則只打印出“Hello, World”，如果帶了參數，則會(huì )打印出所有的參數。

很簡(jiǎn)單，不需要寫(xiě)一行C代碼，就可以直接在Java中調用外部動(dòng)態(tài)鏈接庫中的函數！

下面來(lái)解釋下這個(gè)程序。

（1）需要定義一個(gè)接口，繼承自Library 或StdCallLibrary

默認的是繼承Library ，如果動(dòng)態(tài)鏈接庫里的函數是以stdcall方式輸出的，那么就繼承StdCallLibrary，比如眾所周知的kernel32庫。比如上例中的接口定義：

public interface CLibrary extends Library {}

（2）接口內部定義

接口內部需要一個(gè)公共靜態(tài)常量：INSTANCE，通過(guò)這個(gè)常量，就可以獲得這個(gè)接口的實(shí)例，從而使用接口的方法，也就是調用外部dll/so的函數。

該常量通過(guò)Native.loadLibrary()這個(gè)API函數獲得，該函數有2個(gè)參數：

• 第一個(gè)參數是動(dòng)態(tài)鏈接庫dll/so的名稱(chēng)，但不帶.dll或.so這樣的后綴，這符合JNI的規范，因為帶了后綴名就不可以跨操作系統平臺了。搜索動(dòng)態(tài)鏈接庫路徑的順序是：先從當前類(lèi)的當前文件夾找，如果沒(méi)有找到，再在工程當前文件夾下面找win32/win64文件夾，找到后搜索對應的dll文件，如果找不到再到WINDOWS下面去搜索，再找不到就會(huì )拋異常了。比如上例中printf函數在Windows平臺下所在的dll庫名稱(chēng)是msvcrt，而在其它平臺如Linux下的so庫名稱(chēng)是c。
• 第二個(gè)參數是本接口的Class類(lèi)型。JNA通過(guò)這個(gè)Class類(lèi)型，根據指定的.dll/.so文件，動(dòng)態(tài)創(chuàng )建接口的實(shí)例。該實(shí)例由JNA通過(guò)反射自動(dòng)生成。

CLibrary INSTANCE = (CLibrary)            Native.loadLibrary((Platform.isWindows() ? "msvcrt" : "c"),                               CLibrary.class);

接口中只需要定義你要用到的函數或者公共變量，不需要的可以不定義，如上例只定義printf函數：

void printf(String format, Object... args);

注意參數和返回值的類(lèi)型，應該和鏈接庫中的函數類(lèi)型保持一致。

（3）調用鏈接庫中的函數

定義好接口后，就可以使用接口中的函數即相應dll/so中的函數了，前面說(shuō)過(guò)調用方法就是通過(guò)接口中的實(shí)例進(jìn)行調用，非常簡(jiǎn)單，如上例中：

CLibrary.INSTANCE.printf("Hello, World\n");        for (int i=0;i < args.length;i++) {            CLibrary.INSTANCE.printf("Argument %d: %s\n", i, args[i]);        }

這就是JNA使用的簡(jiǎn)單例子，可能有人認為這個(gè)例子太簡(jiǎn)單了，因為使用的是系統自帶的動(dòng)態(tài)鏈接庫，應該還給出一個(gè)自己實(shí)現的庫函數例子。其實(shí)我覺(jué)得這個(gè)完全沒(méi)有必要，這也是JNA的方便之處，不像JNI使用用戶(hù)自定義庫時(shí)還得定義一大堆配置信息，對于JNA來(lái)說(shuō)，使用用戶(hù)自定義庫與使用系統自帶的庫是完全一樣的方法，不需要額外配置什么信息。比如我在Windows下建立一個(gè)動(dòng)態(tài)庫程序：

#include "stdafx.h"extern "C"_declspec(dllexport) int add(int a, int b);int add(int a, int b) {    return a + b;}

然后編譯成一個(gè)dll文件（比如CDLL.dll），放到當前目錄下，然后編寫(xiě)JNA程序調用即可：

public class DllTest {    public interface CLibrary extends Library {        CLibrary INSTANCE = (CLibrary)Native.loadLibrary("CDLL", CLibrary.class);        int add(int a, int b);    }    public static void main(String[] args) {        int sum = CLibrary.INSTANCE.add(3, 6);        System.out.println(sum);    }}

4. JNA技術(shù)難點(diǎn)

有過(guò)跨語(yǔ)言、跨平臺開(kāi)發(fā)的程序員都知道，跨平臺、語(yǔ)言調用的難點(diǎn)，就是不同語(yǔ)言之間數據類(lèi)型不一致造成的問(wèn)題。絕大部分跨平臺調用的失敗，都是這個(gè)問(wèn)題造成的。關(guān)于這一點(diǎn)，不論何種語(yǔ)言，何種技術(shù)方案，都無(wú)法解決這個(gè)問(wèn)題。JNA也不例外。

上面說(shuō)到接口中使用的函數必須與鏈接庫中的函數原型保持一致，這是JNA甚至所有跨平臺調用的難點(diǎn)，因為C/C++的類(lèi)型與Java的類(lèi)型是不一樣的，你必須轉換類(lèi)型讓它們保持一致，比如printf函數在C中的原型為：

void printf(const char *format, [argument]);

你不可能在Java中也這么寫(xiě)，Java中是沒(méi)有char *指針類(lèi)型的，因此const char *轉到Java下就是String類(lèi)型了。

這就是類(lèi)型映射（Type Mappings），JNA官方給出的默認類(lèi)型映射表如下：

還有很多其它的類(lèi)型映射，需要的請到JNA官網(wǎng)查看。

另外，JNA還支持類(lèi)型映射定制，比如有的Java中可能找不到對應的類(lèi)型（在Windows API中可能會(huì )有很多類(lèi)型，在Java中找不到其對應的類(lèi)型），JNA中TypeMapper類(lèi)和相關(guān)的接口就提供了這樣的功能。

5. JNA能完全替代JNI嗎？

這可能是大家比較關(guān)心的問(wèn)題，但是遺憾的是，JNA是不能完全替代JNI的，因為有些需求還是必須求助于JNI。

使用JNI技術(shù)，不僅可以實(shí)現Java訪(fǎng)問(wèn)C函數，也可以實(shí)現C語(yǔ)言調用Java代碼。

而JNA只能實(shí)現Java訪(fǎng)問(wèn)C函數，作為一個(gè)Java框架，自然不能實(shí)現C語(yǔ)言調用Java代碼。此時(shí)，你還是需要使用JNI技術(shù)。

JNI是JNA的基礎，是Java和C互操作的技術(shù)基礎。有時(shí)候，你必須回歸到基礎上來(lái)。

6.  參考文獻

（1）JNA—JNI終結者

（2）C++DLL編程詳解