Java 本機方法Native Method詳細

 Java 本機方法Native Method詳細介紹

一. 什麼是Native Method

   簡單講，一個Native Method就是一個Java呼叫非java程式碼的接口。一個Native Method是這樣一個java的方法：該方法的實作由非java語言實現，例如C。這個特徵並非java所特有，很多其它的程式語言都有這個機制，例如在C＋＋中，你可以用extern "C"告知C＋＋編譯器去呼叫一個C的函數。

   "A native method is a Java method whose implementation is provided by non-java code."

   在定義一個native method時，並沒有提供實作體（有些像定義一個java interface），因為其實作體是由非java語言在外面實現的。 ，下面給了一個範例：    

 public class IHaveNatives
  {
   native public void Native1( int x ) ;
   native static public long Native2() ;
   native synchronized private float Native3( Object o ) ;
   native void Native4( int[] ary ) throws Exception ;
  }

    這些方法的聲明描述了一些非java程式碼在這些java程式碼裡看起來像什麼樣子（ view）.

    識別符native可以與所有其它的java識別碼連用，但是abstract除外。這是合理的，因為native暗示這些方法是有實現體的，只不過這些實現體是非java的，但是abstract卻顯然的指明這些方法無實現體。 native與其它java標識符連用時，其意義同非Native Method並無差別，比如native static表明這個方法可以在不產生類的實例時直接調用，這非常方便，比如當你想用一個native method去調用一個C的類別庫時。上面的第三個方法用到了native synchronized，JVM在進入這個方法的實作體之前會執行同步鎖定機制（就像java的多執行緒。）

    一個native method方法可以回傳任何java類型，包括非基本類型，而且同樣可以進行異常控制。這些方法的實作體可以製一個異常並且將其拋出，這一點與java的方法非常相似。當一個native method接收到一些非基本型別時如Object或一個整數陣列時，這個方法可以存取這非些基本型的內部，但這將使這個native方法依賴你所存取的java類別的實作。有一點要牢牢記住：我們可以在一個native method的本地實現中訪問所有的java特性，但是這要依賴於你所訪問的java特性的實現，而且這樣做遠遠不如在java語言中使用那些特性方便容易。

    native method的存在並不會對其他類別呼叫這些本地方法產生任何影響，實際上呼叫這些方法的其他類別甚至不知道它所呼叫的是一個本地方法。 JVM將控制呼叫本地方法的所有細節。需要注意當我們將一個本地方法宣告為final的情況。用java實作的方法體在被編譯時可能會因為內聯而產生效率上的提升。但是一個native final方法是否也能獲得這樣的好處卻是值得懷疑的，但是這只是一個程式碼最佳化方面的問題，對功能實作沒有影響。

    如果一個含有本地方法的類別被繼承，子類別會繼承這個本地方法並且可以用java語言重寫這個方法（這個似乎看起來有些奇怪），同樣的如果一個本地方法被fianl標識，它被繼承後不能重寫。
   本地方法非常有用，因為它有效地擴充了jvm.事實上，我們所寫的java程式碼已經用到了本地方法，在sun的java的並發（多執行緒）的機制實作中，許多與作業系統的接觸點都用到了本地方法，這使得java程式能夠超越java執行時的界限。有了本機方法，java程式可以做任何應用程式層次的任務。

二.為什麼要使用Native Method

   java使用起來非常方便，然而有些層次的任務用java實現起來不容易，或者我們對程式的效率很在意時，問題就來了。

   與java環境外互動：

   有時java應用程式需要與java外的環境互動。這是本地方法存在的主要原因，你可以想想java需要與一些底層系統如操作系統或某些硬體交換資訊時的情況。本地方法正是這樣一種交流機制：它為我們提供了一個非常簡潔的接口，而且我們無需去了解java應用之外的繁瑣的細節。

   與作業系統互動：

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   JVM支援著java語言本身和執行時間函式庫，它是java程式賴以生存的平台，它由一個解釋器（解釋字節碼）和一些連接到本地程式碼的程式庫組成。然而不管怎 樣，它畢竟不是一個完整的系統，它經常依賴一些底層（underneath在下面的）系統的支持。這些底層系統常常是強大的作業系統。透過使用本地方法，我們得以用java實現了jre的與底層系統的交互，甚至JVM的一些部分就是用C寫的，還有，如果我們要使用一些java語言本身沒有提供封裝的作業系統的特性時，我們也需要使用本地方法。

    Sun's Java

    Sun的解釋器是使用C實現的，這使得它與外部像一些普通的C一樣與外部互動。 jre大部分是用java實現的，它也透過一些本地方法與外界互動。例如：類別java.lang.Thread 的 setPriority()方法是用java實作的，但是它實作呼叫的是該類別裡的本機方法setPriority0()。這個本地方法是用C實現的，並且被植入JVM內部，在Windows 95的平台上，這個本地方法最終會呼叫Win32 SetPriority() API。這是一個本地方法的具體實作由JVM直接提供，更多的情況是本地方法由外部的動態連結庫（external dynamic link library）提供，然後被JVM呼叫。

三.JVM怎麼讓Native Method跑起來：

    我們知道，當一個類別第一次被使用到時，這個類別的字節碼會被載入到內存，並且只會回載一次。在這個被載入的字節碼的入口維持著一個該類別所有方法描述符的list，這些方法描述符包含這樣一些資訊：方法代碼存於何處，它有哪些參數，方法的描述符（public之類）等等。

    如果一個方法描述子內有native，這個描述子區塊會有一個指向該方法的實作的指標。這些實作在一些DLL檔案內，但是它們會被作業系統載入到java程式的位址空間。當一個帶有本機方法的類別被載入時，其相關的DLL並未被載入，因此指向方法實現的指標並不會被設定。當本地方法被呼叫之前，這些DLL才會被載入，這是透過呼叫java.system.loadLibrary()來實現的。   

   最後需要提示的是，使用本地方法是有開銷的，它喪失了java的許多好處。如果別無選擇，我們可以選擇使用本地方法。

    感謝閱讀，希望能幫助大家，謝謝大家對現場的支持！

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