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1 TutorJava recomienda... Utilizar el Java Native Interface (JNI) Autor-Traductor: Juan Antonio Palos (Ozito) Puedes encontrar la Version Original en Ingles en ( Leer comentarios (0) Escribir comentario Puntuación: (1 voto) Vota Indice de contenidos Trabajar con JNI Paso a Paso El Interface de Programación Nativo de Java Paso a Paso... Paso 1: Escribir el Código Java Paso 2: Compilar el Código Java Paso 3: Crear el fichero.h Paso 4: Escribir la Implementación del Método Nativo Paso 5: Crear una Librería Compartida Paso 6: Ejecutar el Programa Paso 1: Escribir el Código Java Definir un Método Nativo Carga de la Librería Crear el Programa Principal Paso 2: Compilar el Código Java Paso 3: Crear el Fichero.h La definición de Función Paso 4: Escribir la Implementación del Método Nativo Paso 5: Crear una Librería Compartida Paso 6: Ejecutar el Programa Ejecutar Javah Configurar el Path de Librerías Interface de Programación Nativo Java Declarar Métodos Nativos Mapear entre Tipos Java y Tipos Nativos Acceder a Strings Java Acceder a Arrays Java Llamar a Métodos Java Acceder a Campos Java Capturar y Lanzar Excepciones Referencias Locales y Globales Threads y Métodos Nativos Llamar a la Máquina Virtual Java Programación JNI en C++ Declarar Métodos Nativos El Lado Java El Lado del Lenguaje Nativo

2 Mapeados entre Tipos Java y Tipos Nativos Tipos Primitivos de Java Tipos Primitivos y Nativos Equivalentes Tipos de Objetos Java Strings Java Acceder a Strings Java Utilizar el Puntero a Interface JNIEnv Otras Funciones JNI para Acceder a Strings Java Acceder a Arrays Java Acceder a un Array de Elementos Primitivos Acceder a un Número Pequeño de Elementos Acceder a Arrays de Objetos Llamar a Métodos Java Llamar a un Método Java desde un Método Nativo Formar el Nombre del Método y su Firma Tipos de Firmas de la VM de Java Utilizar javap para Generar Firmas de Métodos Llamar a Métodos Java utilizando los IDs Pasar Argumentos al Método Java Llamar a Métodos Estáticos Llamar a Métodos de Ejemplar de una Superclase Acceder a Campos Java Procedimiento para Acceder a Campos Java Firmas de Campos Capturar y Lanzar Excepciones Referencias Locales y Globales Threads y Métodos Nativos Los Threads y el JNI Sincronización de Threads en Métodos Nativos. Wait y Notify Invocar a la Maquina Virtual Java Llamar a la Máquina Virtual Java Añadir Threads Nativos Limitaciones del API Invocation en el JDK 1.1 Programación JNI en C++ Leer comentarios (0) Escribir comentario Puntuación: (1 voto) Vota

3 TutorJava recomienda... Utilizar el Java Native Interface (JNI) En esta página: Trabajar con JNI Paso a Paso El Interface de Programación Nativo de Java Trabajar con JNI Las páginas de esta sección muestran como integrar código nativo en programas escritos en Java. También aprenderemos cómo escribir métodos nativos en lenguaje Java. Los métodos nativos están implementados en otros lenguajes como C. Además, el API Invocation nos permite incluir la Máquina Virtual Java en nuestras aplicaciones nativas. Paso a Paso Explica paso a paso un sencillo ejemplo (los métodos nativos del programa "Hello World!") para ilustrar cómo escribir, compilar y ejecutar un programa Java con métodos nativos. El Interface de Programación Nativo de Java Muestra cómo implementar el lado del lenguaje Java y el lado del lenguaje nativo de un método nativo. Esta lección incluye información sobre el paso de argumentos de distintos tipos de datos a un método nativo y cómo devolver distintos tipos de datos desde un método nativo. Esta lección también describe muchas funciones útiles que nuestro lenguaje Nativo puede utilizar para acceder a objetos Java y sus miembros, para crear objetos Java, lanzar excepciones, llamar a la Máquina Virtual Java, y mucho más. Consideraciones de Seguridad: Observa que la posibilidad de la carga de librerías dinámicas está sujeta a la aprobación del controlador de seguridad. Cuando se trabaja con métodos nativos, se deben cargar librerías dinámicas. Algunos applets no podrán utilizar métodos nativos porque el navegador o visualizador en que se están ejecutando restringe la carga de librerías dinámicas. Puedes ver Restricciones de Seguridad para más información sobre las restricciones de seguridad de los applets. Nota: Los programadores de MacOS deberán referirse a MacOS Runtime para Java (MRJ).

4 TutorJava recomienda... Utilizar el Java Native Interface (JNI) En esta página: Paso a Paso... Paso 1: Escribir el Código Java Paso 2: Compilar el Código Java Paso 3: Crear el fichero.h Paso 4: Escribir la Implementación del Método Nativo Paso 5: Crear una Librería Compartida Paso 6: Ejecutar el Programa Paso a Paso... Estas páginas pasean a través de los pasos necesarios para integrar código nativo en programas escritos en Java. Esta lección implementa el consabido programa "Hello World!". Este programa tiene dos clases Java. La primera, llamada Main, implementa el método main() para todo el programa. La segunda, llamada HelloWorld, es un método, un método nativo, que muestra "Hello World!". La implementación para el método nativo se ha proporcionado en lenguaje C. Paso 1: Escribir el Código Java Crea un clase Java llamada HelloWorld que declara un método nativo. Tambien, escribe el programa principal que crea el objeto HelloWorld y llama al método nativo. Paso 2: Compilar el Código Java Utiliza javac para compilar el código Java escrito en el Paso 1. Paso 3: Crear el fichero.h Utiliza javah para crear un fichero de cabecera (un fichero.h) al estilo JNI, a partir de la clase HelloWorld. El fichero de cabecera proporciona una definición de función para la implementación del método nativo displayhelloworld(), que se ha definido en la clase HelloWorld. Paso 4: Escribir la Implementación del Método Nativo Escribe la implementación para el método nativo en un fichero fuente en el lenguaje nativo. La implementación será una función normal que será integrada con nuestra clase Java. Paso 5: Crear una Librería Compartida Utiliza el compilador C para compilar el fichero.h y el fichero.c que se han creado en los pasos 3 y 4 en una librería compartida. En terminología Windows 95/NT, una librería compartida se llama Librería de Carga Dinámica (DLL). Paso 6: Ejecutar el Programa Y finalmente, utiliza java, el intérprete del lenguaje Java, para ejecutar el programa.

5 TutorJava recomienda... Utilizar el Java Native Interface (JNI) En esta página: Interface de Programación Nativo Java Declarar Métodos Nativos Mapear entre Tipos Java y Tipos Nativos Acceder a Strings Java Acceder a Arrays Java Llamar a Métodos Java Acceder a Campos Java Capturar y Lanzar Excepciones Referencias Locales y Globales Threads y Métodos Nativos Llamar a la Máquina Virtual Java Programación JNI en C++ Interface de Programación Nativo Java El JDK 1.1 soporta el Interface Nativo Java (JNI). Por un lado, el JNI define un estándard de nombres y convenciones de llamadas para que la Máquina Virtual Java (VM) pueda encontrar nuestros métodos nativos. Por otro lado, el JNI ofrece un conjunto de funciones de interface estándard. Se puede llamar a las funciones JNI desde nuestros métodos nativos para hacer cosas como acceder y manipular objetos Java, liberar objetos Java, crear nuevos objetos, llamar a métodos Java, etc. Esta sección muestra cómo seguir las convenciones de nombres y de llamadas del JNI, y como utilizar las funciones del JNI desde un método nativo. Cada ejemplo consiste en un programa escrito en Java que llama a varios métodos nativos implementados en C. Los métodos nativos, a su vez, podrían llamar a las funciones JNI para acceder a los objetos Java. La sección también muestra cómo incluir la máquina virtual Java dentro de una aplicación nativa. Declarar Métodos Nativos En el lado del lenguaje Java, se declara un método nativo con la palabra clave native y un cuerpo de método vacío. En el lado del lenguaje nativo, se proporciona la implementación del método nativo. Debemos tener cuidado cuando escribamos métodos nativos que "corresponda" la implementación de la función nativa con la firma del método en el fichero de cabecera del lenguaje Java. La herramienta javah, que se explicó en el Paso 3: Crear el fichero.h, nos ayuda a generar prototipos de funciones nativas que corresponden con la declaración del método nativo en lenguaje Java. Mapear entre Tipos Java y Tipos Nativos El JNI define un mapeado de los tipos del lenguaje Java y los tipos de lenguaje nativo (C/C++). Esta página presenta los tipos nativos correspondientes tanto a los tipos primitivos Java como int y double, y los objetos del lenguaje Java, incluyendo strings y arrays. Acceder a Strings Java Los Strings son un tipo de objeto Java particularmente útil. El JNI proporciona un conjunto de funciones para manipulación de Strings que hace sencilla la terea manejar objetos Strings de Java en el código nativo. El programador puede traducir entre Strings Java y Strings nativos en los formatos Unicode y UTF-8. Acceder a Arrays Java

6 Los Arrays son otro tipo de objetos Java muy utilizados. Se pueden utilizar las funciones de manipulación de arrays del JNI para crear y acceder a los elementos de un array. Llamar a Métodos Java El JNI soporta un completo conjunto de operaciones de llamada que permiten invocar métodos Java desde código nativo. Se localiza el método utilizando su nombre y su firma. Se pueden llamar tanto a métodos estáticos como a métodos de ejemplar (no estáticos). Se puede utilizar la herramienta javap para generar firmas de métodos al estilo JNI para los ficheros de clases. Acceder a Campos Java El JNI permite localizar un campo Java utilizando el nombre y la firma del campo. Se pueden localizar y acceder tanto a campos estáticos como campos de ejemplar (no estáticos). Se puede utilizar la herramienta javap para generar firmas de campos al estilo JNI para los ficheros de clases. Capturar y Lanzar Excepciones Esta sección enseña como tratar con excepciones dentro de una implementación de método nativo. Nuestros métodos nativos pueden capturar, lanzar y borrar excepciones. Referencias Locales y Globales El código nativo se puede referir a objetos Java utilizando referencias locales o globales. Las referencias locales son sólo válidas dentro de una llamada a método nativo. Son liberadas automáticamente después de que retorne el método nativo. Las referencias globales deben asignarse y liberarse explícitamente. Threads y Métodos Nativos Esta página describe la implicación de ejecutar métodos nativos en un entorno multi-thread. El JNI ofrece constructores de sincronización básicos para métodos nativos. Llamar a la Máquina Virtual Java Esta sección enseña cómo cargar la Máquina Virtual Java desde una librería nativa en una aplicación nativa. Incluye instrucciones de cómo inicializar la Máquina Virtual Java e invocar métodos Java. El API "Invocation" también permite añadir threads nativos a una Máquina Virtual Java que ya está ejecutándose y convertirse ellos mismos en threads Java. Actualmente, el JDK sólo soporta la adición de threads nativos en Win32. El soporte para threads nativos en Solaris estará disponible en una futura versión. Programación JNI en C++ En el lenguaje C++, el JNI presenta un interface mucho más claro y realiza chequeos de tipos estáticos adicionales.

7 TutorJava recomienda... Utilizar el Java Native Interface (JNI) En esta página: Paso 1: Escribir el Código Java Definir un Método Nativo Carga de la Librería Crear el Programa Principal Paso 1: Escribir el Código Java El siguiente fragmento de código Java define una clase llamada HelloWorld. Esta clase tiene un segmento de código estático. class HelloWorld { public native void displayhelloworld(); static { System.loadLibrary("hello"); Definir un Método Nativo Todos los métodos, tanto métodos Java, como métodos nativos, se deben definir dentro de una clase Java. Cuando se escribe la implementación de un método en un lenguaje de programación distinto de Java, se debe incluir la palabra clave native como parte de la definición del método dentro de la clase java. La clave native indica al compilador Java que la función es una función en lenguaje nativo. Es sencillo decir que la implementación del método displayhelloworld() de la clase HelloWorld está escrita en otro lenguaje de programación porque la clave native aparece como parte de su definición de método. public native void displayhelloworld(); Esta definición de método en nuestra clase Java sólo proporciona la firma del método para displayhelloworld(). No proporciona la implementación para el método. Se deberá proporcionar la implementación para displayhelloworld() en un fichero fuente separado en el lenguaje nativo. La definición de método para displayhelloworld() también indica que el método es un método de ejemplar público, no acepta ningún argumento, y no devuelve ningún valor. Para más información sobre los argumentos y los valores de retorno desde métodos nativos puedes ver Programación de Interface Nativo en Java. Carga de la Librería Se debe compilar el código de lenguaje nativo que implementa displayhelloworld dentro de una librería compartida (se hará esto en el Paso 5: Crear una Librería Compartida). También se debe cargar la librería compartida dentro de la clase Java que la requiere. Esta carga de la librería compartida dentro de la clase Java mapea la implementación del método nativo a su definición. Se utiliza el método System.loadLibrary para cargar la librería compartida que se creo cuando compilamos la implementación del código. Este método se coloca con un inicializador static. El argumento de System.loadLibrary es el nombre de la librería. El sistema utiliza un estándard, pero específico de la plataforma, para convertir el nombre de la librería a un nombre de librería nativo. Por ejemplo, en Solaris convierte el nombre "hello" a libhello.so, mientras que en Win32 convierte el mismo nombre de librería a hello.dll. El siguiente inicializador static de la clase HelloWorld carga la librería apropiada, llamada hello. El sistema de ejecución ejecuta un inicializador estático cuando carga la clase.

8 static { System.loadLibrary("hello"); Crear el Programa Principal También se debe crear un fichero fuente separado con una aplicación Java que ejemplarize la clase que contiene la definición de método nativo. Esta aplicación Java también llamará al método nativo. Como es una aplicación, debe tener un método main. En un fichero fuente separado, que para este ejemplo hemos llamado Main.java, se crea una aplicación Java que ejemplariza HelloWorld y llama al método nativo displayhelloworld(). class Main { public static void main(string[] args) { new HelloWorld().displayHelloWorld(); Como se puede ver a partir del código anterior, se llama a un método nativo de la misma forma en que se llamaría a un método normal: sólo añadir el nombre del método al final del nombre del objeto, separado con un punto ('.'). Una pareja de paréntesis, ( ), sigue al nombre del método y encierra los argumentos. El método displayhelloworld() no tiene ningún argumento.

9 TutorJava recomienda... Utilizar el Java Native Interface (JNI) En esta página: Paso 2: Compilar el Código Java Paso 2: Compilar el Código Java Se utiliza el compilador del lenguaje Java para compilar la clase Java creada en el paso anterior. En este momento también se debería compilar la aplicación Java que se escribió para probar el método nativo.

10 TutorJava recomienda... Utilizar el Java Native Interface (JNI) En esta página: Paso 3: Crear el Fichero.h La definición de Función Paso 3: Crear el Fichero.h En este paso se utiliza el programa de utilidad javah para generar un fichero de cabecera (un fichero.h) desde la clase Java HelloWorld. El fichero de cabecera proporciona un prototipo de función para la implementación del método nativo displayhelloworld() definido en esta clase. Ejecutamos javah ahora sobre la clase HelloWorld que se creó en los pasos anteriores. Por defecto, javah sitúa el nuevo fichero.h en el mismo directorio que el fichero.class. Se utiliza la opción -d para instruir a javah para que sitúe el fichero de cabecera en un directorio diferente. El nombre del fichero de cabecera es el nombre de la clase java con extensión.h. Por ejemplo, el comando anterior generará un fichero llamado HelloWorld.h. La definición de Función Mira el fichero de cabecera HelloWorld.h. #includejava example-1dot1/helloworld.h Java_HelloWorld_displayHelloWorld() Es la función que proporciona la implementación del método nativo de la clase HelloWorld, que se escribirá en el Paso 4: Escribir la Implementación del Método Nativo. Se utiliza la firma de la función cuando se escribe la implementación del método nativo. Si HelloWorld contuviera otros métodos nativos, sus firmas de función deberían aparecer aquí también. El nombre de la función en el lenguaje nativo que implementa el método nativo consiste en el prefijo Java_, el nombre del paquete, el nombre de la clase, y el nombre del método nativo. Entre cada nombre de componnete hay un subrayado"_" como separador. El nombre de paquete se omite cuando el método está en el paquete por defecto. Así, el método nativo displayhelloworld dentro de la clase HelloWorld se convierte en Java_HelloWorld_displayHelloWorld(). En nuestro ejemplo, no hay nombre de paquete, porque HelloWorld está en el paquete por defecto. Observa que la implementación de la función en el lenguaje nativo, que aparece en el fichero de cabecera, acepta dos parámetros, aunque en su definición en lenguaje Java no aceptará ninguno. El JNI requiere que cualquier método nativo tenga estos dos parámetros. El primer parámetro es un puntero a un interface JNIEnv. A través de este puntero, el código nativo podrá acceder a los parámetros y objetos de la aplicación Java. El parámetro jobject es una referencia al propio objeto. Para un método nativo no-estático como el método displayhelloworld de nuestro ejemplo, este argumento es una referencia al objeto. Para métodos nativos estáticos, este argumento sería una referencia al método Java. Para aclararlo un poco, se puede pensar en el parámetro jobject como en la variable "this" de C++. Nuestro ejemplo ignora ámbos parámetros. La siguiente lección Programación del Interface Nativo en Java, describe como acceder a los datos utilizando el parámetro env.

11 TutorJava recomienda... Utilizar el Java Native Interface (JNI) En esta página: Paso 4: Escribir la Implementación del Método Nativo Paso 4: Escribir la Implementación del Método Nativo Ahora podemos entrar en el negocio de escribir la implementación del método nativo en otro lenguaje distinto de java. La función que escribamos debe tener la misma firma de función que la que se generó con javah dentro del fichero HelloWorld.h en el Paso 3: Crear el fichero.h. Recuerda que la firma de la función generada para el método nativo displayhelloworld() de la clase HelloWolrd, se parece a esto. JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_displayHelloWorld(JNIEnv *, jobject); Aquí tienes la implementación en lenguaje C para el método nativo Java_HelloWorld_displayHelloWorld(). Esta implementación se encuentra en el fichero llamado HelloWorldImp.c. #include <jni.h> #include "HelloWorld.h" #include <stdio.h> JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_displayHelloWorld(JNIEnv *env, jobject obj) { printf("hello world!\n"); return; La implementación para Java_HelloWorld_displayHelloWorld() es correcta: la función utiliza la función printf() para mostrar el string "Hello World!" y retorna. Este fichero incluye tres ficheros de cabecera. jni.h - Este fichero de cabecera proporciona información que el código nativo necesita para interactuar con el sistema de ejecución Java. Cuando se escriban métodos nativos, siempre se debe incluir este fichero de cabecera en los ficheros fuente nativos. HelloWorld.h - El fichero.h que se generó en el Paso 3: Crear el fichero.h. stdio.h - El código anterior también incluye el fichero stdio.h porque utiliza la función printf().

12 TutorJava recomienda... Utilizar el Java Native Interface (JNI) En esta página: Paso 5: Crear una Librería Compartida Paso 5: Crear una Librería Compartida Recuerda que en el Paso 1: Escribir el Código Java se utilizó la siguiente llamada de método para cargar una librería compartida llamada hello dentro de nuestro programa en el momento de la ejecución. System.loadLibrary("hello"); Ahora estámos listos para crear la librería compartida. En el paso anterior, creamos un fichero C en el que escribimos la implementación para el método nativo displayhelloworld. Se grabó el método nativo en el fichero HelloWorldImp.c. Ahora, deberemos compilar este fichero en una librería, que debe llamarse hello para corresponder con el nombre utilizado en el método System.loadLibrary. Se utilizan las herramientas disponibles para compilar el código nativo que se creo en los pasos anteriores en una librería compartida. En Solaris, se creará una librería compartida, mientras que en Windows 95/NT se creará una librería de enlace dinámico (DLL). Recuerda especificar el path o paths necesarios para todos los ficheros de cabecera necesarios. En Solaris, el siguiente comando construye una librería llamada libhello.so. cc -G -I/usr/local/java/include -I/usr/local/java/include/solaris \ HelloWorldImp.c -o libhello.so En Win32, el siguiente comando construye una librería de enlace dinámico hello.dll utilizando Microsoft Visual C cl -Ic:\java\include -Ic:\java\include\win32 -LD HelloWorldImp.c -Fehello.dll Por supuesto, se necesita especificar el path de include que corresponda con la configuración de nuestra máquina.

13 TutorJava recomienda... Utilizar el Java Native Interface (JNI) En esta página: Paso 6: Ejecutar el Programa Paso 6: Ejecutar el Programa Ahora ejecuta la aplicación Java (La clase Main) con el intérprete java. Deberías ver la siguiente salida. Hello World! Si ves una excepción como ésta. java.lang.unsatisfiedlinkerror: no hello in shared library path at java.lang.runtime.loadlibrary(runtime.java) at java.lang.system.loadlibrary(system.java) at at java.lang.thread.init(thread.java) es porque no tienes configurado correctamente el path de librerías. El path de librerías es una lista de directorios en la que el sistema de ejecución Java busca cuando se cargan librerías. Configuración del path de librerías, y asegurate del nombre del directorio donde está la librería hello.

14 class HelloWorld { public native void displayhelloworld(); static { System.loadLibrary("hello");

15 class Main { public static void main(string[] args) { new HelloWorld().displayHelloWorld();

16 TutorJava recomienda... Utilizar el Java Native Interface (JNI) En esta página: Ejecutar Javah Ejecutar Javah UNIX % javah -jni HelloWorld DOS - (Windows 95/NT) C:\> javah -jni HelloWorld MacOS Arrastra el fichero HelloWorld.class hasta el icono de JavaH. Esto crea un fichero llamado HelloWorld.h en la misma carpeta que JavaH. Mueve el fichero a tu carpeta de trabajo.

17 /* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */ #include <jni.h> /* Header for class HelloWorld */ #ifndef _Included_HelloWorld #define _Included_HelloWorld #ifdef cplusplus extern "C" { #endif /* * Class: HelloWorld * Method: displayhelloworld * Signature: ()V */ JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_displayHelloWorld (JNIEnv *, jobject); #ifdef cplusplus #endif #endif

18 #include <jni.h> #include "HelloWorld.h" #include <stdio.h> JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_displayHelloWorld(JNIEnv *env, jobject obj) { printf("hello world!\n"); return;

19 TutorJava recomienda... Utilizar el Java Native Interface (JNI) En esta página: Configurar el Path de Librerías Configurar el Path de Librerías UNIX % setenv LD_LIBRARY_PATH mylibrarypath donde mylibrarypath es el nombre del directorio que contiene libhello.so. DOS shell (Windows 95/NT) En Windows 95/NT, el método loadlibrary() busca las librerías DLL de la misma forma que otros entornos de lenguajes. MacOS El sistema Java Busca en JavaSoft Folder en la carpeta Extensions de System Folder las librerías compartidas. Crea un alias de tu librería compartida en JavaSoft Folder.

20 TutorJava recomienda... Utilizar el Java Native Interface (JNI) En esta página: Declarar Métodos Nativos El Lado Java El Lado del Lenguaje Nativo Declarar Métodos Nativos Esta página ilustra cómo declarar un método nativo en el lenguaje Java y cómo generar el correspondiente prototipo de función en C/C++. El Lado Java Nuestro primer ejemplo, Prompt.java, contiene un método nativo que acepta e imprime un String Java. El programa llama al método nativo, que espera por una entrada del usuario y luego devuelve la línea que el usuario a tecelado. La clase Java Prompt contiene un método main que es utilizado para llamar al programa. Además, existe un método nativo getline. private native String getline(string prompt); Observa que las declaraciones para métodos nativos son casi identicas a las declaraciones de métodos normales de Java. Existen dos diferencias. Los métodos nativos deben tener la palabra clave native. Esta palabra clave informa al compilador Java que la implementación para este método se proporciona en otro lenguaje. También, la declaración del método nativo termina con un punto y coma, el símbolo de terminador de sentencia, porque no hay implementaciones para métodos nativos en los ficheros de clases del lenguaje Java. El Lado del Lenguaje Nativo Se deben declarar e implementar los métodos nativos en un lenguaje nativo, como C o C++. Antes de hacer esto, es útil generar un fichero de cabecera que contenga el prototipo de la función para la implementación del método nativo. Compilamos el fichero Prompt.java y luego generamos el fichero.h. Primeros compilamos el fichero Prompt.java de esta forma. javac Prompt.java Una vez compilado satisfactoriamente y habiendo creado el fichero Prompt.class, podemos crear un fichero de cabecera al stilo JNI, especificando una opción -jni a javah. javah -jni Prompt Examinamos el fichero Prompt.h. Observa el prototipo de función para el método nativo getline que declaramos en Prompt.java. JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Prompt_getLine(JNIEnv *, jobject, jstring); La definición de la función del método nativo en el código de implementación debe corresponder con el prototipo de función generado en el fichero de cabecera. Siempre se debe incluir JNIEXPORT y JNICALL en los prototipos de función para métodos nativos. JNIEXPORT y JNICALL se aseguran de que el código fuente se compilará en plataformas como Win32 que requieren palabras claves especiales para funciones exportadas desde librerías de enlace dinámico. Los nombres de los métodos nativos son una concatenación de los siguientes componentes.

21 El prefijo Java_ El nombre de la clase totalmente cualificado Un subrayado "_" separador el nombre del método (Observa que los nombres de los métodos nativos sobrecargados, además de los componentes anteriores, tienen un doble subrayado " " añadido al nombre del método y seguido por la firma de argumentos). Así, la implementación en código nativo para el método Prompt.getLine se convierte en Java_Prompt_getLine. (No existe nombre de paquete, porque la clase Prompt está en el paquete por defecto). Cada método nativo tiene dos parámetros además de los que pongamos en la declaración en lenguaje Java. El primer parámetro, JNIEnv *, es el puntero al interface JNI. Este puntero a interface está organizado como una tabla de funciones, donde cada función JNI tiene un punto de entrada conocido en la tabla. Nuestros métodos nativos llaman a funciones específicas del JNI para acceder a objetos Java a través del puntero JNIEnv *. El parámetro jobject es una referencia al propio objeto (es como el puntero this en C++). Y por último, observa que el JNI tiene un conjunto de tipos de nombres, como jobject y jstring, y cada tipo corresponde con un tipo del lenguaje Java. Todos esto se cubre en la página siguiente.

22 TutorJava recomienda... Utilizar el Java Native Interface (JNI) En esta página: Mapeados entre Tipos Java y Tipos Nativos Tipos Primitivos de Java Tipos Primitivos y Nativos Equivalentes Tipos de Objetos Java Mapeados entre Tipos Java y Tipos Nativos En está página aprenderemos como referenciar los tipos Java en nuestro método nativo. Se necesitará referenciar a los tipos Java cuando queramos. Acceder a los argumentos pasados a un método nativo desde una aplicación Java. Crear nuevos objetos Java en nuestro método nativo. Hacer que nuestro método nativo devuelva resultados a su llamador. Tipos Primitivos de Java Nuestros método nativo puede acceder directamente a los tipos primitivos de Java, como booleans, integers, floats, etc., que sean pasados desde programas escritos en lenguaje Java. Por ejemplo, el tipo boolean de Java se convierte en el tipo jboolean en el lenguaje nativo (representado como 8 bits sin signo), mientras que el tipo float de Java se convierte en el tipo jfloat en el lenguaje nativo (representado por 32 bits). La siguiente tabla describe las conversiones entre los tipos primitivos de Java y los tipos nativos. Tipos Primitivos y Nativos Equivalentes Tipo Java Tipo Nativo Tamaño en bits boolean jboolean 8, unsigned byte jbyte 8 char jchar 16, unsigned short jshort 16 int jint 32 long jlong 64 float jfloat 32 double jdouble 64 void void n/a Tipos de Objetos Java Los Objetos Java se pasan por referencia. Todas las referencias a objetos Java tienen el tipo jobject. Por conveniencia y para reducir los errores de programación, el JNI implementa un conjunto de tipos que conceptualmente son todos "Subtipos" de jobject, de la siguiente forma. jobject representa todos los objetos Java. jclass representa objetos del tipo (java.lang.class). jstring representa Strings Java (java.lang.string). jarray representa arrays Java. jobjectarray representa arrays de objetos. jbooleanarray representa arrays booleanos. jbytearray representa arrays de bytes. jchararray representa arrays de char.

23 jshortarray representa arrays de short. jintarray representa arrays de int. jlongarray representa arrays de long. jfloatarray representa arrays de float. jdoublearray representa arrays de double. jthrowable representa excepciones Java (java.lang.throwable). En nuestro ejemplo Prompt.java, el método nativo getline. private native String getline(string prompt); toma un String Java como argumento y devuelve un String Java. Su implementación nativa correspondiente tiene el tipo jstring tanto para el argumento como para el valor de retorno. JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Prompt_getLine(JNIEnv *, jobject, jstring); Como se mencionó anteriormente, jstring corresponde al tipo String de Java. Observa que el segundo argumento de Java_Prompt_getLine, que es una referencia al propio objeto, tiene el tipo jobject.

24 TutorJava recomienda... Utilizar el Java Native Interface (JNI) En esta página: Strings Java Acceder a Strings Java Utilizar el Puntero a Interface JNIEnv Otras Funciones JNI para Acceder a Strings Java Strings Java Cuando una aplicación Java pasa un string a un programa en lenguaje nativo, le pasa el string como del tipo jstring. Este tipo es muy diferente del tipo string normal del C (Char *). Si nuestro código intenta imprimir directamente un jstring, resultará en una caida de la VM (Máquina Virtual). Por ejemplo, el siguiente segmento de código intenta imprimir incorrectamente un jstring y podría resultar en una caída de la máquina virtual. /* DO NOT USE jstring THIS WAY!!! */ JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Prompt_getLine(JNIEnv *env, jobject obj, jstring prompt) { printf("%s", prompt); Nuestro método nativo debe utilizar las funciones JNI para convertir los strings Java en strings nativos. El JNI soporta la conversión desde y hacia strings nativos Unicode y UTF-8. En particular, los strings UFT-8 utilizan el bit más alto para señalar caracteres multi-bytes; por lo tanto son compatibles con el ASCII de 7-bits. En Java, los strings UTF-8 siempre terminan en 0. Acceder a Strings Java Nuestro método nativo necesita llamar a GetStringUTFChars para imprimir correctamente el string pasado desde la aplicación Java. GetStringUTFChars convierte la representación interna Unicode de un String Java en un string UTF-8. Una vez seguros de que el string sólo contiene caracteres ASCII de 7-bits, se puede pasar directamente a las funciones normales del C, como printf, como se vió en Prompt.c. JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Prompt_getLine(JNIEnv *env, jobject obj, jstring prompt) { char buf[128]; const char *str = (*env)->getstringutfchars(env, prompt, 0); printf("%s", str); (*env)->releasestringutfchars(env, prompt, str); Observa que cuanto nuestro método nativo haya terminado de utilizar el string UFT-8, debe llamar a ReleaseStringUTFChars. ReleaseStringUTFChars informa a la VM que el método nativo ha terminado con el string, para que pueda liberar la memoria utilizada por el string. Si no llamamos a ReleaseStringUTFChars se nos llenará la memoria. El método nativo también puede construir un nuevo string utilizando la función NewStringUTF del JNI. Las siguientes líneas de código de Java_Prompt_getLine muestran esto. scanf("%s", buf); return (*env)->newstringutf(env, buf); Utilizar el Puntero a Interface JNIEnv

25 Los métodos nativos deben acceder y manipular los objetos Java, como los strings, a través del puntero a interface env. En lenguaje C, esto requiere utilizar el puntero env para referenciar la función JNI. Observa cómo el método nativo utiliza el puntero env para referenciar las dos funciones, GetStringUTFChars y ReleaseStringUTFChars. Además, env se pasa como primer párametro a esas funciones. Otras Funciones JNI para Acceder a Strings Java El JNI también proporcionar funciones para obtener la representación Unicode de strings Java. Esto es muy útil, por ejemplo, en aquellos sistemas operativos que soportan Unicode como formato nativo. También hay funciones útiles para obtener la longitud de un String Java tanto en UTF-8 como en Unicode. GetStringChars toma el string Java y devuelve un puntero a un array de caracteres Unicode que contiene el string. ReleaseStringChars libera el puntero al array de caracteres Unicode. NewString construye un nuevo objeto java.lang.string desde un array de caracteres Unicode. GetStringLength devuelve la lngitud de un string que está contenido en un array de caracteres Unicode. GetStringUTFLength devuelve la longitud de un strings si está representado en el formato UTF-8.

26 TutorJava recomienda... Utilizar el Java Native Interface (JNI) En esta página: Acceder a Arrays Java Acceder a un Array de Elementos Primitivos Acceder a un Número Pequeño de Elementos Acceder a Arrays de Objetos Acceder a Arrays Java El JNI utiliza el tipo jarray para representar referencias a arrays java. Al igual que con jstring, no se puede acceder directamente a los tipos jarray desde el código nativo, se deben utilizar las funciones proporcionadas por el JNI que permiten obtener punteros a los elementos de arrays de enteros. Nuestro segundo ejemplo, IntArray.java, contiene un método nativo que suma el total de un array de enteros pasado por la aplicación Java. No se puede implementar el método nativo direccionando directamente los elementos del array. El siguiente código intenta incorrectamente acceder directamente a los elementos del array. /* This program is illegal! */ JNIEXPORT jint JNICALL Java_IntArray_sumArray(JNIEnv *env, jobject obj, jintarray arr) { int i, sum = 0; for (i=0; i<10; i++) sum += arr[i]; La forma correcta de implementar la función anterior, se puede ver en el método nativointarray.c. En este ejemplo, se utiliza una función JNI para obtener la longitud del array. Luego se pueden recuperar los elementos. Y finalmente se utiliza una tercera función del JNI para liberar la memoria del array. Acceder a un Array de Elementos Primitivos Primero se obtiene la longitud del array llamando a la función GetArrayLength del JNI. Observa que al contrario que en los array del C, los array Java almacenan información sobre la longitud. JNIEXPORT jint JNICALL Java_IntArray_sumArray(JNIEnv *env, jobject obj, jintarray arr) { int i, sum = 0; jsize len = (*env)->getarraylength(env, arr); Luego se obtiene un puntero a los elementos del array. Nuestro ejemplo contiene un array de enteros, por eso utilizamos la función del JNI GetIntArrayElements para obtener este puntero. (El JNI proporciona un juego de funciones para obtener punteros a elementos del array; se utiliza la función que corresponde con el tipo primitivo del array). Una vez obtenido el puntero, se pueden utilizar las operacones normales del C sobre el array de enteros resultante. jint *body = (*env)->getintarrayelements(env, arr, 0); for (i=0; i<len; i++) sum += body[i]; En general, el recolector de basura podría eliminar los arrays Java. Sin embargo, la máquina virtual garantiza que el resultado de GetIntArrayElements apunta a un array de enteros inamovible. El

27 JNI o bien baja el "pin" del array "marcándolo" o hace una copia del array en una memoria inamovible. A causa de esto, el código nativo debe llamar a ReleaseIntArrayElements cuando ha terminado de utilizar el array de esta forma. (*env)->releaseintarrayelements(env, arr, body, 0); return sum; ReleaseIntArrayElements permite al JNI copiar de vuelta y liberar la memoria referenciada por el parámetro body si es una copia del array original Java, "desmarca" el array java que fue marcado en la memoria. No olvides llamar a ReleaseIntArrayElements. Si se olvida hacer esta llamada el array permanece marcado por un largo periodo de Tiempo. Y la máquina virtual no podrá reclamar la memoria utilizada para almacenar la copia inamovible del array. El JNI proporciona un conjunto de funciones para acceder a los elementos de arrays de los distintos tipos primtivos. GetBooleanArrayElements accede a los elementos de un array Java de boolean GetByteArrayElements accede a los elementos de un array Java de bytes GetCharArrayElements accede a los elementos de un array Java de char GetShortArrayElements accede a los elementos de un array Java de short GetIntArrayElements accede a los elementos de un array Java de int GetLongArrayElements accede a los elementos de un array Java de long GetFloatArrayElements accede a los elementos de un array Java de float GetDoubleArrayElements accede a los elementos de un array Java de double Acceder a un Número Pequeño de Elementos Observa que la función Get<type>ArrayElements potencialmente podría copiar el array entero. Podríamos querer copiar un número limitado de elementos, especialmente si el array es grande. Si sólo estamos interesados en un número pequeño de elementos (en un array potencialmente grande), deberíamos utilizar las funciones Get/Set<type>ArrayRegion. Estas funciones permiten acceder, mediante copia, a un conjunto pequeño de elementos de un array. Acceder a Arrays de Objetos El JNI proporciona un conjunto separado de funciones para acceder a elementos de arrays de objetos. Se pueden utilizar estas funciones para obtener y seleccionar objetos individuales del array. Observa que no se puede obtener el array de objetos completo de una sola vez. GetObjectArrayElement devuelve el objeto del elemento en un índice dado. SetObjectArrayElement actualiza el objeto del elemento en un índice dado.

28 TutorJava recomienda... Utilizar el Java Native Interface (JNI) En esta página: Llamar a Métodos Java Llamar a un Método Java desde un Método Nativo Formar el Nombre del Método y su Firma Tipos de Firmas de la VM de Java Utilizar javap para Generar Firmas de Métodos Llamar a Métodos Java utilizando los IDs Pasar Argumentos al Método Java Llamar a Métodos Estáticos Llamar a Métodos de Ejemplar de una Superclase Llamar a Métodos Java Esta página ilustra cómo llamar a métodos Java desde métodos nativos. Nuestro programa de ejemplo, Callbacks.java, llama a un método nativo. El método nativo hace una nueva llamada al método Java. Para hacer las cosas un poco más interesantes, el método Java llama de nuevo (recursivamente) al método nativo. Este proceso continúa hasta que la recursión alcanza cinco niveles de profundidad, en ese momento el método Java retorna sin hacer más llamadas al método nativo. Para ayudarnos a ver esto, los dos métodos imprimen una secuencia de trazado. Llamar a un Método Java desde un Método Nativo Para ver como el código nativo llama al método Java, enfoquémonos en la implementación de Callbacks_nativeMethod, que está implementada en Callbacks.c. Este método nativo contiene una llamada al método java Callbacks.callback. JNIEXPORT void JNICALL Java_Callbacks_nativeMethod(JNIEnv *env, jobject obj, jint depth) { jclass cls = (*env)->getobjectclass(env, obj); jmethodid mid = (*env)->getmethodid(env, cls, "callback", "(I)V"); if (mid == 0) return; printf("in C, depth = %d, about to enter Java\n", depth); (*env)->callvoidmethod(env, obj, mid, depth); printf("in C, depth = %d, back from Java\n", depth); Se puede llamar a un método de ejemplar (no estático) siguiendo estos tres pasos. El método nativo llama a la función JNI GetObjectClass. GetObjectClass devuelve el objeto class Java al que pertenece el objeto. Entonces el método nativo llama a la función JNI GetMethodID. GetMethodID realiza un búsqueda del método Java dentro de la clase dada. La búsqueda está basada tanto en el nombre del método como en su firma. Si el método no existe, GetMethodID devuelve cero (0). Un retorno inmediato desde el método nativo en ese punto causa el lanzamiento de una excepción NoSuchMethodError en el código Java. Finalmente, el método nativo llama a la función JNI CallVoidMethod. CallVoidMethod llama a un método de ejemplar que tiene el tipo de retorno como void. Se pasan el objeto, el ID del método y los argumentos reales a CallVoidMethod.

29 Formar el Nombre del Método y su Firma El JNI realiza un búsqueda simbólica basándose en el nombre y la firma del método. Esto asegura que el mismo método nativo seguirá funcionando después de haber añadido nuevos métodos a la clase Java correspondiente. El nombre del método es el nombre del método en formato UTF-8. Especifica el nombre del método para un constructor de una clase encerrando la palabra init entre "< y >". Observa que el JNI utiliza la firma del método para denotar el tipo de retorno del método Java. Esta firma (I)V, por ejemplo, denota un método Java que toma un argumento del tipo int y tiene un tipo de retorno void. La forma general para una firma de método es. "(tipos-argumentos)tipo-retorno" La siguiente tabla sumariza la codificación Java para las firmas. Tipos de Firmas de la VM de Java Firma Tipo Java Z boolean B byte C char S short I int J long F float D double L clases-totalmente-cualificada ; clase-totalmente-cualificada [ tipo tipo[] ( tipo-argumento ) tipo-retorno tipo de método Por ejemplo, el método Prompt.getLine tiene la firma. (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String; Prompt.getLine tiene un parámetro, un objeto String, y el tipo del método también es String. El método Callbacks.main tiene la firma. ([Ljava/lang/String;)V La firma indica que el método Callbacks.main toma un parámetro, un objeto String, y el tipo del método es void. Los tipos de arrays son indicados con corchete abierto ([) seguido por el tipo de los elementos del array. Utilizar javap para Generar Firmas de Métodos Para evitar los errores derivados de la firma de métodos manual, se puede utilizar la herramienta javap para imprimir las firmas de métodos. Por ejemplo, ejecutando. javap -s -p Prompt Se puede obtener la siguiente salida. Compiled from Prompt.java class Prompt extends java.lang.object /* ACC_SUPER bit set */ { private native getline (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String; public static main ([Ljava/lang/String;)V <init> ()V static <clinit> ()V La bandera "-s" informa a javap para que saque las firmas en vez de los tipos Java. La bandera "-p" instruye a javap para que incluya los miembros privados.

30 Llamar a Métodos Java utilizando los IDs Cuando se llama a un método en el JNI, se le pasa un ID del método a la función real de llamada. Obtener un ID de un método es una operación que consume muchos recursos. Como se obtiene el ID del método de forma separada de la llamada al método, sólo se necesita realizar esta operación una vez. Así, es posible, obtener primero el ID del método y luego utilizarlo las veces necesarias para invocar al mismo método. Es importante tener en mente que un ID de método sólo es válido mientras que no se descargue la clase de la se deriva. Una vez que la clase se ha descargado, el ID del método no es válido. Como resultado, si se quiere guardar el ID del método, debemos asegurarnos de mantener viva a una referencia a la clase Java de la que se deriva el ID del método. Mientras exista la referencia a la clase Java (el valor jclass), el código nativo mantendrá una referencia viva a la clase. La página Referencias Locales y Globales explica como mantener viva una referencia incluso después de que el método nativo retorne y el valor de jclass salga fuera de ámbito. Pasar Argumentos al Método Java El JNI proporciona varias formas de pasar argumentos al método Java. La más frecuente, se pasan los argumentos siguiendo al ID del método. También hay dos variaciones de llamadas a métodos que toman argumentos en un formato alternativo. Por ejemplo, la función CallVoidMethodV recibe los argumentos en un va_list y la función CallVoidMethodA espera los argumentos en un array de uniones jvalue. Los tipos del array de uniones jvalue son los siguientes. typedef union jvalue { jboolean z; jbyte b; jchar c; jshort s; jint i; jlong j; jfloat f; jdouble d; jobject l; jvalue; Además de la función CallVoidMethod, el JNI también soporta funciones de llamada a métodos con tipos de retorno, como CallBooleanMethod, CallIntMethod, etc. El tipo de retorno de la función de llamada a método debe corresponder con el tipo del método Java que se desea invocar. Llamar a Métodos Estáticos Se puede llamar a métodos estáticos Java de forma similar a como se llama a métodos de ejemplar. Se deben seguir estos pasos. Obtener el ID del método utilizando la función JNI GetStaticMethodID en vez la función GetMethodID. Pasar la clase, el ID del método y los argumentos a la familia de funciones de llamadas a métodos estáticos: CallStaticVoidMethod, CallStaticBooleanMethod, etc. Si se comparan las funciones de llamada para métodos de ejemplar y estáticos, veremos que las funciones de llamada a métodos de ejemplar reciben el object, en vez de la clase, como el segundo argumento, seguido por el arguemnto JNIEnv. Por ejemplo, supongamos, que hemos añadido un método estático. static int incdepth(int depth) {return depth + 1; dentro de Callback.java. Podremos llamar a este método estático incdepth desde Java_Callback_nativeMethod utilizando las siguientes funciones JNI. JNIEXPORT void JNICALL Java_Callbacks_nativeMethod(JNIEnv *env, jobject obj, jint depth) { jclass cls = (*env)->getobjectclass(env, obj); jmethodid mid = (*env)->getstaticmethodid(env, cls, "incdepth", "(I)I"); if (mid == 0) return; depth = (*env)->callstaticintmethod(env, cls, mid, depth); Llamar a Métodos de Ejemplar de una Superclase

31 Se puede llamar a métodos definidos en una superclase que se han sobreescrito en la clase a la que pertenece el objeto. El JNI proporciona un conjunto de funciones CallNonvirtual<type>Method para este propósito. Para llamar a un método de ejemplar de una superlclase, se debe hacer lo siguiente. Obtener el ID del método de la superclase utilizando GetMethodID en vez de GetStaticMethodID. Pasar el objeto, la superclase, el ID del método, y los arguemntos a la familia de funciones de llamadas no vituales: CallNonvirtualVoidMethod, CallNonvirtualBooleanMethod, etc. Será raro que necesitemos invocar a métodos de ejemplar de una superclase. Esta facilidad es similar a llamar al método de una clase, digamos f, utilizando. super.f(); en el lenguaje Java.

32 TutorJava recomienda... Utilizar el Java Native Interface (JNI) En esta página: Acceder a Campos Java Procedimiento para Acceder a Campos Java Firmas de Campos Acceder a Campos Java El JNI proporciona funciones que los métodos nativos utilizan para obtener y seleccionar campos Java. Se pueden obtener y seleccionar tanto campos de ejemplar como campos de clase (estáticos). Similarmente al acceso a los métodos, se utiliza un conjunto de funciones JNI para acceder a campos de ejemplar y otro conjunto para acceder a campos estáticos. Nuestro programa de ejemplo, FieldAccess.java, contiene una clase con un campo Integer estático si y un campo String de ejemplar s. El programa de ejemplo llama al método nativo accessfields, que imprime los valores de esos dos campos y modifica esos valores. Para verificar que se han modificado realmente los valores de los campos, imprimimos de nuevo sus valores desde la aplicación Java después de que haya retornado el método nativo. Procedimiento para Acceder a Campos Java Para obtener y seleccionar campos Java desde un método nativo, se debe hacer lo siguiente. Obtener el idendificador para ese campo dentro de su clase, el nombre y el tipo de firma, Por ejemplo, en FieldAccess.c, obtenemos el identificador para el campo estático entero si de esta forma. fid = (*env)->getstaticfieldid(env, cls, "si", "I"); y obtenemos el identificador para el campo string de ejemplar s, de esta forma. fid = (*env)->getfieldid(env, cls, "s", "Ljava/lang/String;"); Utilizar una de las varias funciones JNI para obtener o modificar el campo especificado por el identificador del campo. Para obtener el valor del campo, se pasa la clase a una de las funciones de acceso a campos apropiada. Por ejemplo, en FieldAccess.c, utilizamos GetStaticIntField para obtener el valor del campo estático Intenger si, de esta forma. si = (*env)->getstaticintfield(env, cls, fid); Utilizamos la función GetObjectField para obtener el valor del campo de ejemplar String s. jstr = (*env)->getobjectfield(env, obj, fid); Igual que hicimos cuando llamamos a un método Java, dividimos el costo de la búsqueda del campo utilizando un proceso de dos pasos. Primero obtenemos el ID del campo, luego utilizamos el ID del campo para acceder al propio campo. El ID de campo sólo identifica a un campo en una clase dada. Igualmente que los IDs de método, un ID de campo permanece válido hasta que la clase de la que se ha derivado es descargada. Firmas de Campos Las firmas de campo se especifican siguiendo el mismo esquema de codificación que las firmas de métodos. La forma general de una firma de campo es. "tipo_de_campo" La firma del campo es un símbolo codificado para el tipo del campo, encerrado entre comillas ("").