在JNI中，如何根据IBM的性能建议缓存类、方法ID和字段ID？

Question

我看了IBM

要访问Java对象的字段并调用它们的方法，本机代码必须调用FindClass（）、GetFieldID（）、GetMachodId（）和GetStaticMachodID（）。在GetFieldID（）、GetMachodID（）和GetStaticMachodID（）的情况下，为给定类返回的ID在JVM进程的生命周期内不会改变。但是获取字段或方法的调用可能需要在JVM中进行大量工作，因为字段和方法可能是从超类继承的，这使得JwalVM在类层次结构中向上查找它们。因为给定类的ID是相同的，所以您应该查找它们一次，然后重用它们。同样，查找类对象可能很昂贵，因此它们也应该被缓存。

如何在JNI中缓存methodID、fieldID和class对象？是否有必须遵循的内置方法或特定程序？

Answer 1

你可以有一些像这样的实用结构：

typedef struct MYVARIANT_FID_CACHE {
    int cached;
    jclass clazz;
    jfieldID pAddress;
} MYVARIANT_FID_CACHE;

MYVARIANT_FID_CACHE VARIANTFc;

void cacheMYVARIANTFields(JNIEnv *env, jobject lpObject)
{
    if (VARIANTFc.cached) return;
    VARIANTFc.clazz = env->GetObjectClass(lpObject);
    VARIANTFc.pAddress = env->GetFieldID(VARIANTFc.clazz, "pAddress", "I");
    VARIANTFc.cached = 1;
}

VARIANT *getMYVARIANTFields(JNIEnv *env, jobject lpObject, VARIANT *lpStruct)
{
    if (!VARIANTFc.cached) cacheVARIANT2Fields(env, lpObject);

    lpStruct = (VARIANT*)(env->GetIntField(lpObject, VARIANTFc.pAddress));

    return lpStruct;
}

这是摘自我的问题：https://stackoverflow.com/questions/10617714/how-to-extend-swt-com-support

有关一些好的示例，请查看os_structs. c，它与eclipse SWT实现捆绑在一起。

注意：以上代码只是一个示例，可以适用于不同的操作系统。此外，它只是展示了“如何访问java字段”；对于方法，您可以遵循相同的方法。

Answer 2

下面是我如何实践IBM的建议。考虑到这样的演示java类：

public class SimpleClazz {

    public int value = 10;

    public native int getValue();

    static {
        // Load Native Library
        System.loadLibrary("The native library name");
    }
}

相应的jni头文件如下：

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class SimpleClazz */

#ifndef _Included_SimpleClazz
#define _Included_SimpleClazz
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     SimpleClazz
 * Method:    getValue
 * Signature: ()I
 */
JNIEXPORT jint JNICALL Java_SimpleClazz_getValue
  (JNIEnv *, jobject);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

根据IBM的建议，我们需要缓存使用的类SimpleClazz和对象成员值的字段id。

在学习了这篇好文章之后，我将SimpleClazz缓存在函数JNI\u OnLoad中，该函数在加载本机库时调用（例如，通过System.loadLibrary）。在JNI_Onload中，我们找到类并将这个jclass存储为全局字段。

再者，在getValue的本机实现中，我们使用静态局部变量来缓存value的字段id。这种设计是为了确保这个归档的id可以在更好的范围内，而不是在全局范围内。这种设计的缺点是我们每次调用这个函数时都需要与NULL进行比较。我从《Java本机接口：程序员指南和规范》一书的第4.4.1节中学习了这种设计。

最后，我们还需要编写函数JNI_OnUnload，当包含本机库的类加载器被垃圾回收时调用，在这个函数中，我们释放了jclass的全局引用。

我的cpp实现如下所示：

#include <jni.h>
#include <SimpleClazz.h>

static jclass simpleCls;

// According to http://docs.oracle.com/javase/1.5.0/docs/guide/jni/spec/invocation.html#JNI_OnLoad
// The VM calls JNI_OnLoad when the native library is loaded (for example, through System.loadLibrary).
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved) {
    JNIEnv* env;
    if ((*vm)->GetEnv(vm, (void **) &env, JNI_VERSION_1_6) != JNI_OK) {
        return JNI_ERR;
    } else {
        jclass localSimpleCls = (*env)->FindClass("SimpleClazz");

        if (localSimpleCls == NULL) {
            return JNI_ERR;
        }
        simpleCls = (jclass) (*env)->NewGlobalRef(env, localSimpleCls);
    } 
    return JNI_VERSION_1_6;
}



JNIEXPORT jint JNICALL Java_SimpleClazz_getValue(JNIEnv * env, jobject thiz){
    static jfieldID valueID = NULL;
    if (valueID == NULL) {
        valueID = (*env)->GetFieldID(env, simpleCls, "value", "I");
        if (valueID == NULL){
            return JNI_ERR;         // Exception thrown
        }
    }
    jint value = (*env)->GetIntField(env, thiz, valueID);
    return value;
}

// According to http://docs.oracle.com/javase/1.5.0/docs/guide/jni/spec/invocation.html#JNI_OnUnload
// The VM calls JNI_OnUnload when the class loader containing the native library is garbage collected.
void JNI_OnUnload(JavaVM *vm, void *reserved) {
    JNIEnv* env;
    if ((*vm)->GetEnv(vm, (void **) &env, JNI_VERSION_1_6) != JNI_OK) {
        // Something is wrong but nothing we can do about this :(
        return;
    } else {
        if (0 != NULL){
            (*env)->DeleteGlobalRef(env, simpleCls);
        }
    }
}

Answer 3

没有内置的方法可以遵循，但是这里有一个标准的、干净的、可重复的实现，展示了我如何实践IBM的建议。

我假设您正在从Java调用DLL，并且在应用程序生命周期中多次引用它。

示例本机Java类名为org。堆栈溢出。jni。NativeClazz将实现两种内置JNI方法：JNI\u OnLoad（）和JNI\u onnload（）。

void JNI\u OnLoad（JavaVM*vm，void*reserved）：此方法将用于将类ID注册为全局变量，并将方法ID和字段ID分配给静态变量。该方法在Java虚拟机加载驱动程序时自动调用；在驾驶员生命周期内只调用一次。

JNI_OnUnload：此方法将用于释放任何全局变量注册的JNI_OnLoad（）。VM将自动调用JNI_OnUnload（）之前立即应用程序关闭。

理由：据我所知，类ID必须注册为全局引用，以保持任何相关方法ID/字段ID的可行性。如果不这样做，并且从JVM卸载类，则在重新加载类时，方法ID/字段ID可能不同。如果类ID注册为全局引用，则不需要将关联的方法ID和字段ID注册为全局引用。将类ID注册为全局引用可以防止卸载关联的Java类，从而稳定方法ID/字段ID值。全局引用，包括类ID，应该在JNI\u OnUnload（）中删除。

方法ID和字段ID不受本机代码管理；它们由虚拟机管理，在卸载相关类之前有效。在虚拟机卸载定义类之前，不能显式删除字段ID和方法ID；卸载后，它们可以留给VM处理。

示例代码

下面C代码部分中的注释解释了全局注册变量。

下面是表示数据对象的Java类BeanObject：

package org.stackoverflow.data;

public class BeanObject {

    String foo = "";
    
    public String getFoo() {
     
        return foo;
    }
}

这是一个骨架Java类NativeClazz：

package org.stackoverflow.jni;

import org.stackoverflow.data.BeanObject;

public class NativeClazz {

    // Static area for forced initialization
    static {

        // Load Native Library (C++); calls JNI_OnLoad()
        System.loadLibrary("Native_Library_File_Name");
    }       

    /**
     * A static native method you plan to call.
     */
    public static native void staticNativeMethod(BeanObject bean);

    /**
     * A non-static native method you plan to call, to show this also works with 
     * Java class instances.
     */
    public native void instanceNativeMethod(BeanObject bean);
}

这是使用NativeClazz上的javah生成的C头文件“org\u stackoverflow\u jni\u NativeClazz.h”：

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class org_stackoverflow_jni_NativeClazz */

#ifndef _Included_org_stackoverflow_jni_NativeClazz
#define _Included_org_stackoverflow_jni_NativeClazz
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

/*
 * Class:     org_stackoverflow_jni_NativeClazz_staticNativeMethod
 * Method:    staticNativeMethod
 * Signature: ()V
 */
JNIEXPORT void JNICALL Java_org_stackoverflow_jni_NativeClazz_staticNativeMethod
  (JNIEnv *, jclass, jobject);

/*
 * Class:     org_stackoverflow_jni_NativeClazz_instanceNativeMethod
 * Method:    instanceNativeMethod
 * Signature: ()V
 */
JNIEXPORT void JNICALL Java_org_stackoverflow_jni_NativeClazz_instanceNativeMethod
  (JNIEnv *, jobject, jobject);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

这是实现头文件的C. cpp文件：

#include "org_stackoverflow_jni_NativeClazz.h"

using namespace std;

/**************************************************************
 * Static Global Variables to cache Java Class and Method IDs
 **************************************************************/
static jclass JC_BeanObject;              // declare for each class
static jmethodID JMID_BeanObject_getFoo;  // declare for each class method

/**************************************************************
 * Declare JNI_VERSION for use in JNI_Onload/JNI_OnUnLoad
 * Change value if a Java upgrade requires it (prior: JNI_VERSION_1_6)
 **************************************************************/
static jint JNI_VERSION = JNI_VERSION_1_8;

/**************************************************************
 * Initialize the static Class and Method Id variables
 **************************************************************/
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved) {

    // Obtain the JNIEnv from the VM and confirm JNI_VERSION
    JNIEnv* env;
    if (vm->GetEnv(reinterpret_cast<void**>(&env), JNI_VERSION) != JNI_OK) {

        return JNI_ERR;
    }

    // Temporary local reference holder
    jclass tempLocalClassRef;

    // STEP 1/3 : Load the class id
    tempLocalClassRef = env->FindClass("org/stackoverflow/data/BeanObject");

    // STEP 2/3 : Assign the ClassId as a Global Reference
    JC_BeanObject = (jclass) env->NewGlobalRef(tempLocalClassRef);

    // STEP 3/3 : Delete the no longer needed local reference
    env->DeleteLocalRef(tempLocalClassRef);
    
    // Load the method id
    JMID_BeanObject_getFoo = env->GetMethodID(JC_BeanObject, "getFoo", "(Ljava/lang/String;)V");

    // ... repeat prior line for any other methods of BeanObject

    // ... repeat STEPS 1-3 for any other classes; re-use tempLocalClassRef.

    // Return the JNI Version as required by method
    return JNI_VERSION;
}

/**************************************************************
 * Destroy the global static Class Id variables
 **************************************************************/
void JNI_OnUnload(JavaVM *vm, void *reserved) {

    // Obtain the JNIEnv from the VM
    // NOTE: some re-do the JNI Version check here, but I find that redundant
    JNIEnv* env;
    vm->GetEnv(reinterpret_cast<void**>(&env), JNI_VERSION);

    // Destroy the global references
    env->DeleteGlobalRef(JC_BeanObject);
    
    // ... repeat for any other global references
}

/**************************************************************
 * A Static Native Method
 **************************************************************/
JNIEXPORT void JNICALL Java_org_stackoverflow_jni_NativeClazz_staticNativeMethod
               (JNIEnv * env, jclass clazz, jobject jBeanObject) {
    
    // Retrieve jstring from the Java Object
    jstring jFoo = (jstring)env->CallObjectMethod(jBeanObject, JMID_BeanObject_getFoo);

    // Make accessible to C++
    const char * cFoo = env->GetStringUTFChars(jFoo, NULL);             

    // Do something with cFoo...

    // Release Resources
    env->ReleaseStringUTFChars(jFoo, cFoo);
    env->DeleteLocalRef(jFoo);
}

/**************************************************************
 * Instance / Non-Static Native Method
 **************************************************************/
JNIEXPORT void JNICALL Java_org_stackoverflow_jni_NativeClazz_instanceNativeMethod
               (JNIEnv * env, jobject selfReference, jobject jBeanObject) {

    // Retrieve jstring from the Java Object
    jstring jFoo = (jstring)env->CallObjectMethod(jBeanObject, JMID_BeanObject_getFoo);               

    // Make accessible to C++
    const char * cFoo = env->GetStringUTFChars(jFoo, NULL);             

    // Do something with cFoo...

    // Release Resources
    env->ReleaseStringUTFChars(jFoo, cFoo);
    env->DeleteLocalRef(jFoo);
}