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簡介
JNA中的Callback
callback的應用
callback的定義
callback的獲取和應用
在多线程环境中使用callback
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java高階用法之JNA中的回呼問題怎麼解決

May 05, 2023 am 11:37 AM
java jna

    簡介

    什麼是callback呢?簡單點說callback就是回呼通知,當我們需要在某個方法完成之後,或是某個事件觸發之後,來通知進行某些特定的任務就需要用到callback了。

    最有可能看到callback的語言就是javascript了,基本上在javascript中,callback無所不在。為了解決callback導致的回調地獄的問題,ES6中特意引入了promise來解決這個問題。

    為了方便和native方法進行交互,JNA中同樣提供了Callback用來進行回調。 JNA中回呼的本質是指向native函數的指針,透過這個指標可以呼叫native函數中的方法,一起來看看吧。

    JNA中的Callback

    先看下JNA中Callback的定義:

    public interface Callback {
        interface UncaughtExceptionHandler {
            void uncaughtException(Callback c, Throwable e);
        }
        String METHOD_NAME = "callback";
    
        List<String> FORBIDDEN_NAMES = Collections.unmodifiableList(
                Arrays.asList("hashCode", "equals", "toString"));
    }
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    所有的Callback方法都需要實作這個Callback介面。 Callback介面很簡單,裡面定義了一個interface和兩個屬性。

    先來看這個interface,interface名字叫做UncaughtExceptionHandler,裡面有一個uncaughtException方法。這個interface主要用於處理JAVA的callback程式碼中沒有捕獲的異常。

    注意,在uncaughtException方法中,不能拋出例外,任何從這個方法拋出的例外都會被忽略。

    METHOD_NAME這個欄位指定了Callback要呼叫的方法。

    如果Callback類別中只定義了一個public的方法,那麼預設callback方法就是這個方法。如果Callback類別中定義了多個public方法,那麼就會選擇METHOD_NAME = "callback"的這個方法作為callback。

    最後一個屬性就是FORBIDDEN_NAMES。表示在這個清單裡面的名字是不能當作callback方法使用的。

    目前看來是有三個方法名稱不能夠被使用,分別是:「hashCode」, “equals”, “toString”。

    Callback還有一個同胞兄弟叫做DLLCallback,我們來看下DLLCallback的定義:

    public interface DLLCallback extends Callback {
        @java.lang.annotation.Native
        int DLL_FPTRS = 16;
    }
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    DLLCallback主要用在Windows API的存取中。

    對於callback物件來說,需要我們自行負責對callback物件的釋放工作。如果native程式碼嘗試存取一個被回收的callback,那麼有可能會導致VM崩潰。

    callback的應用

    callback的定義

    因為JNA中的callback實際上映射的是native中指向函數的指標。首先看一下在struct中定義的函數指針:

    struct _functions {
      int (*open)(const char*,int);
      int (*close)(int);
    };
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    在這個結構體中,定義了兩個函數指針,分別帶兩個參數和一個參數。

    對應的JNA的callback定義如下:

    public class Functions extends Structure {
      public static interface OpenFunc extends Callback {
        int invoke(String name, int options);
      }
      public static interface CloseFunc extends Callback {
        int invoke(int fd);
      }
      public OpenFunc open;
      public CloseFunc close;
    }
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    我們在Structure裡面定義兩個介面繼承自Callback,對應的介面定義了對應的invoke方法。

    接著看一下具體的呼叫方式:

    Functions funcs = new Functions();
    lib.init(funcs);
    int fd = funcs.open.invoke("myfile", 0);
    funcs.close.invoke(fd);
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    另外Callback還可以作為函數的回傳值,如下所示:

    typedef void (*sig_t)(int);
    sig_t signal(int signal, sig_t sigfunc);
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    對於這種單獨存在的函數指標,我們需要自訂一個Library,並在其中定義對應的Callback,如下所示:

    public interface CLibrary extends Library {
        public interface SignalFunction extends Callback {
            void invoke(int signal);
        }
        SignalFunction signal(int signal, SignalFunction func);
    }
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    callback的獲取和應用

    如果callback是定義在Structure中的,那麼可以在Structure進行初始化的時候會自動實例化,然後只需要從Structure中存取對應的屬性即可。

    如果callback定義是在一個普通的Library中的話,如下所示:

    public static interface TestLibrary extends Library {
            interface VoidCallback extends Callback {
                void callback();
            }
            interface ByteCallback extends Callback {
                byte callback(byte arg, byte arg2);
            }
            void callVoidCallback(VoidCallback c);
            byte callInt8Callback(ByteCallback c, byte arg, byte arg2);
        }
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    上例中,我們在一個Library中定義了兩個callback,一個是無回傳值的callback,一個是回傳byte的callback。

    JNA提供了一個簡單的工具類別來幫助我們取得Callback,這個工具類別就是CallbackReference,對應的方法是CallbackReference.getCallback,如下所示:

    Pointer p = new Pointer("MultiplyMappedCallback".hashCode());
    Callback cbV1 = CallbackReference.getCallback(TestLibrary.VoidCallback.class, p);
    Callback cbB1 = CallbackReference.getCallback(TestLibrary.ByteCallback.class, p);
    log.info("cbV1:{}",cbV1);
    log.info("cbB1:{}",cbB1);
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    輸出結果如下:

    INFO com.flydean.CallbackUsage - cbV1:Proxy interface to native function@0xffffffffc46eeefc (com.flydean.CallbackUsage$TestLibrary$VoidCallback)##INFO com.fly; native function@0xffffffffc46eeefc (com.flydean.CallbackUsage$TestLibrary$ByteCallback)

    可以看出,這兩個Callback其實是對native方法的代理人。如果詳細看getCallback的實作邏輯:

    private static Callback getCallback(Class<?> type, Pointer p, boolean direct) {
            if (p == null) {
                return null;
            }
            if (!type.isInterface())
                throw new IllegalArgumentException("Callback type must be an interface");
            Map<Callback, CallbackReference> map = direct ? directCallbackMap : callbackMap;
            synchronized(pointerCallbackMap) {
                Reference<Callback>[] array = pointerCallbackMap.get(p);
                Callback cb = getTypeAssignableCallback(type, array);
                if (cb != null) {
                    return cb;
                }
                cb = createCallback(type, p);
                pointerCallbackMap.put(p, addCallbackToArray(cb,array));
                // No CallbackReference for this callback
                map.remove(cb);
                return cb;
            }
        }
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    可以看到它的實作邏輯是先判斷type是否是interface,如果不是interface則會報錯。然後判斷是否為direct mapping。實際上目前JNA的實作都是interface mapping,所以接下來的邏輯就是從pointerCallbackMap中取得函數指針對應的callback。然後按照傳入的類型來找出特定的Callback。

    如果沒有查找到,則建立一個新的callback,最後將這個新建立的存入pointerCallbackMap中。

    大家要注意, 這裡有一個關鍵的參數叫做Pointer,實際使用的時候,需要傳入指向真實naitve函數的指標。上面的例子中,為了簡單起見,我們是自訂了一個Pointer,而這個Pointer並沒有太大的實際意義。

    如果真的要想在JNA中调用在TestLibrary中创建的两个call方法:callVoidCallback和callInt8Callback,首先需要加载对应的Library:

    TestLibrary lib = Native.load("testlib", TestLibrary.class);
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    然后分别创建TestLibrary.VoidCallback和TestLibrary.ByteCallback的实例如下,首先看一下VoidCallback:

    final boolean[] voidCalled = { false };
            TestLibrary.VoidCallback cb1 = new TestLibrary.VoidCallback() {
                @Override
                public void callback() {
                    voidCalled[0] = true;
                }
            };
            lib.callVoidCallback(cb1);
            assertTrue("Callback not called", voidCalled[0]);
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    这里我们在callback中将voidCalled的值回写为true表示已经调用了callback方法。

    再看看带返回值的ByteCallback:

    final boolean[] int8Called = {false};
            final byte[] cbArgs = { 0, 0 };
            TestLibrary.ByteCallback cb2 = new TestLibrary.ByteCallback() {
                @Override
                public byte callback(byte arg, byte arg2) {
                    int8Called[0] = true;
                    cbArgs[0] = arg;
                    cbArgs[1] = arg2;
                    return (byte)(arg + arg2);
                }
            };
    
    final byte MAGIC = 0x11;
    byte value = lib.callInt8Callback(cb2, MAGIC, (byte)(MAGIC*2));
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    我们直接在callback方法中返回要返回的byte值即可。

    在多线程环境中使用callback

    默认情况下, callback方法是在当前的线程中执行的。如果希望callback方法是在另外的线程中执行,则可以创建一个CallbackThreadInitializer,指定daemon,detach,name,和threadGroup属性:

     final String tname = "VoidCallbackThreaded";
            ThreadGroup testGroup = new ThreadGroup("Thread group for callVoidCallbackThreaded");
            CallbackThreadInitializer init = new CallbackThreadInitializer(true, false, tname, testGroup);
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    然后创建callback的实例:

    TestLibrary.VoidCallback cb = new TestLibrary.VoidCallback() {
                @Override
                public void callback() {
                    Thread thread = Thread.currentThread();
                    daemon[0] = thread.isDaemon();
                    name[0] = thread.getName();
                    group[0] = thread.getThreadGroup();
                    t[0] = thread;
                    if (thread.isAlive()) {
                        alive[0] = true;
                    }
                    ++called[0];
                    if (THREAD_DETACH_BUG && called[0] == 2) {
                        Native.detach(true);
                    }
                }
            };
    登入後複製

    然后调用:

    Native.setCallbackThreadInitializer(cb, init);
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    将callback和CallbackThreadInitializer进行关联。

    最后调用callback方法即可:

    lib.callVoidCallbackThreaded(cb, 2, 2000, "callVoidCallbackThreaded", 0);
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    以上是java高階用法之JNA中的回呼問題怎麼解決的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章!

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