摘要
Jace是一种免费的开放源代码的工具，它使我们能够轻松地开发JNI（Java本机接口）代码。本篇文章详细地分析了JNI
API的问题，以及如何使用Jace解决这些问题。
如果没有更深的了解，我们一定会以为Sun设计JNI的目的是为了不让Java编程人员使用它。毕竟，类型安全形同虚设，缺乏错误检查机制，进行一次
简单的Java方法调用需要4次或更多的JNI调用，这都是JNI明显的不足之处。另外，我们还必须管理JNIEnv指针，不能在多个线程中使用JNI调
用，必须为每种可能的操作在9个函数调用中进行选择，而且异常信息的获取也非常地困难。这还只是JNI所出现问题的一部分，我们还能发现许多其他问题。
这些限制中的许多部份都与JNI与C语言的绑定有关，C语言本身对类型安全、异常处理机制的支持也非常不好。尽管目前大多数的编程人员都已经能够使用C++编写代码，但Sun没有放弃C编程人员，这也是JNI目前这种状况的原因。不幸的是，这种很难使用的API给开发人员带来了许多困难。
Jace是一款免费的开放源代码的工具包，旨在使JNI编程变得更加简单。它支持由Java类文件自动生成C++代理类以及C++与Java的异常、数组、包、对象的整合，管理Java引用的线程绑定和生命周期。更为重要的是，它能够使我们开发更小、更易于理解、在编译时类型安全的模块。
JNI的类型系统
Jace最基本的特点是它使用C++代理类来表达Java类型。为了真正地理解代理类的优点，我们首先需要来看看JNI的类型系统。Sun在JNI中使用了24种C类型来表示所有可能的Java类型。JNI包含有9个简单类型：
·jboolean
·jbyte
·jchar
·jshort
·jint
·jlong
·jdouble
·jfloat
·void
JNI有14种引用类型，如下图所示：
（图：picture01） |
另外，JNI有一个复合型的类型jvalue，它能够表达所有的简单和引用类型。
Jace类型系统
图2表示基本的Jace数据类型的类图表。这些类是我们访问Jace运行时间库的简单的接口，它与JNI的数据类型对应非常紧密。
（图：picture02） |
Jace的数据类型系统是直接以24种JNI数据类型为基础的，对于每一种JNI数据类型而言，Jace都有一个相应的C++代理类。9种JNI简单
数据类型以及jvalue、jclass、jobject、jstring和jthrowable都直接映射为相应的Jace代理类，JNI的
jarray数据类型以及9个派生的数组数据类型都被映射为一种基于模板的JArray数据类型。在下面的部分中，我们将对每种C++代理类进行详细的解
释。
简单类
9个简单的类可以作为9种JNI的简单数据类型的封装器。我们可以将这些类作为参数，并返回其他C++代理类的值：
/* 获得值为“A String”的java.lang.String的哈希码值
*/
JInt hashCode = String( "A String" ).hashCode(); |
我们也可以将这些类作为JArray类的模板参数：
/* 创建一个大小为512的字节缓冲区
*/
JArray＜JByte＞ buffer( 512 ); |
JValue
JValue是所有代理类的基础类，它能够表达Java所有的简单和引用数据类型。每个JValue有一个JClass，该JClass表示
jvalue相应的jclass。我们只能提供一个JNI的jvalue数据类型构建JValue，JValue就成为了jvalue的持有者。大多数开
发人员无需与JValues直接打交道。
JClass
JClass表示JNI的数据类型jclass，它提供了访问其jclass和在不同的JNI调用中表示jclass的字符串（例
如，java/lang/Object和Ljava/lang/Object）。Jace的框架使用JClass实例提供进行
GetMethodID()、GetFieldID()和NewObjectArray()等JNI调用所必需的信息。大多数开发人员无需直接与
JClass打交道。
JObject
JObject类表示JNI的数据类型jobject，并作为所有引用数据类型的基础类。除了最重要的JValue::getJavaValue()
外，JObject类还提供了getJavaObject()方法。除了getJavaObject()能够解开jvalue，并将它放在jobject
中外，这二个方法的功能相当。
JObject比较有趣，因为Java的引用类型有一些Java的简单数据类型所不具备的特性：
·引用类型没有自己的值，它们只是指向这些值。我们可以用二种方式构建JObject子类。第一种方式，我们可以将它构建为现有Java对象的引用。
通过使用接受jobject（或包含jobject的jvalue）为参数的构建器或者使用C++的拷贝构建器，我们就可以以这种方式构建JObject
子类。
在对JObject子类实例化时，子类实例将它自己提交给作为参数提供的jobject引用。（实例使用NewGlobalRef()创建jobject的全局性引用。）
using jace::java::net::URL;
JNIEXPORT void JNICALL Java_foo_Bar_someMethod( JNIEnv *env,
jobject jURL ) {
|
/* 创建jURL的一个引用，而不是一个新的URL
*/
URL url( jurl );
/* 既然已经实例化了C++代理对象，我们就就可以方便地对jURL调用toString()等方法
*/
std::string urlString = url.toString();
}
|
第二种方法，我们可以通过创建一个新的Java对象来构建JObject子类。可以通过调用其他子类的构建器创建新的对象，子类可以使用JNI调用合适的Java构建器。在构建Java对象后，子类就会创建一个新的指向它的全局性引用：
/* 在foo.txt上创建一个新的FileOutputStream。
*/
jace::java::io::FileOutputStream output( "foo.txt" ); |
无论如何创建JObject子类，子类唯一的操作是对在构建时创建的全局性引用调用DeleteGlobalRef()。
·引用类型的数据可能是空值，通过调用JObject::isNull()，我们可以检测C++代理类是否指向一个为空值的Java对象：
|
JNIEXPORT void JNICALL Java_foo_Bar_someMethod( JNIEnv *env,
jstring
javaString ) {
String str( javaString );
if ( str.isNull() ) {
cout ＜＜ "Error - The argument, javaString, must not be
null." ＜＜ endl;
}
}
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Throwable和String
Throwable和String
C++代理类都是由JObject派生的（与所有的引用类型的代理类一样），它们（还有其他一些类）是Jace库的核心部份，向用户提供C++和Java之间更紧密的整合能力。
Jace的功能
Jace可以提供许多功能，其中包括线程管理、异常管理、自动类型转换和其他一些功能。下面我们来讨论这些功能：
线程管理
在JNI中存在着一些线程方面的问题：
·JNIEnv指针只能在获得它们的线程上使用。
·大多数的JNI数据类型只能在它们存在的线程上使用。
·在调用JNI函数之前，C++线程必须连接到JVM上
Jace解决了这些问题。第一，Jace库中的每个函数自动地获得一个只能在当前线程上使用的JNIEnv指针。第二，Jace创建必要的JNI类型
的全局性引用。例如，JClass创建其jclass成员的全局性引用，JObject创建其jobject成员的全局性引用。与只能供当前线程使用的局
部性引用不同的是，全局性变量能够供所有线程使用。
最后，Jace中的每个函数能够确保在调用JNI函数之前，当前的线程能够连接到JVM上。
异常管理
异常处理是JNI编程的一个短肋。在异常处理方面，Jace有二条方针：
1）Jace检查它执行的每个JNI函数的返回码。如果有错误发生，Jace清除JNI异常，然后发出Jace的JNIException消息。
2）如果由于方法发出异常消息，Jace发现Java方法的调用失败，Jace则检查并清除JNI异常，然后创建该异常的一个C++代理实例，并发出C++代理。
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using namespace jace::java::net;
void readGoogle() {
try {
/* 当Jace在内部执行NewObject时，它会检查是否有异常发生,
* 如果JNI函数ExceptionOccurred返回一个异常，则Jace清除
* 该异常，创建一个相应的C++代理，并发出它。
*/
URL url( "http://www.google.com" );
}
/* 在这里，我们可以获得Jace发出的C++代理异常
*/
catch ( MalformedURLException& e ) {
cout ＜＜ e;
}
}
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自动类型转换
Jace提供C++和Java简单数据类型之间的自动数据类型转换。我们可以在C++代理需要java::lang::String的地方使用C++
的std::string或char*，我们也可以在C++代理方法需要JBoolean、JInt和JChar简单JNI数据类型的地方使用bool、
int和char等C++数据类型：
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using jace::javax::swing::JFrame;
JFrame createFrame( const std::string& title, int x, int y )
{
/* JFrame的原型是JFrame( java::lang::String str );，
* Jace自动地在std::string和java::lang::String之间进行转换。
*/
JFrame frame( title );
/* setLocation的原型是setLocation( JInt x, JInt y );，
* Jace自动地在int之间JInt进行转换。
*/
frame.setLocation( x , y );
return frame;
}
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C++集成
Jace包括C++代理生成工具━━BatchGen，Jace开发人员对Java运行时间库环境（JRE）的rt.jar使用BatchGen生成C++代理类。Jace开发人员已经对这些生成的代理类进行修改，以更好地与C++语言和标准库进行集成。
例如，java.lang.Object有一个附加的操作符＜＜（ostream& out, Object&
object），java.lang.String也有一些包括+()、=()和==()在内的附加方法，可以使它与std::strings和char*s更好地进行集成。
类型安全字段和方法访问
C++的代理生成是Java对象类型安全访问的基础。对于给定的Java类文件，Jace能够生成完全相同的方法和字段的C++代理类，我们可以以与调用Java中类似方法相同的方式调用C++代理方法，字段是通过同名的方法进行访问的：
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/* 一个Java类
*/
public class Foo {
public int aField;
public String aMethod( URL aURL );
}
/* 从C++中访问C++代理
*/
Foo foo;
foo.aField() = 14;
String result = foo.aMethod( URL( "http://www.google.com" ) );
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Jace提供了二种工具━━ProxyGen和BatchGen，我们可以用这二种工具从Java类文件中生成C++代理类。
类型安全数组
我们可以使用Jace的模板JArray类访问Java的数据类型安全数组。根据数组的数据类型，Jace调用合适的Get＜Type＞ArrayElement()和Set＜Type＞ArrayElement()
JNI函数：
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JArray＜JInt＞ intArray( 10 ); // 导致对NewIntArray的调用
int i = intArray[ 2 ]; // 导致对GetIntArrayElements和应用
JArray＜String＞ stringArray( 5 ); // 导致对NewObjectArray的调用
std::string str = stringArray[ 2 ]; //
导致对GetObjectArrayElement的调用
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Jace工具
ProxyGen和BatchGen可以用来生成C++代理类。ProxyGen用来处理一个类文件，BatchGen则用来处理一个jar文件中所有的类。
ProxyGen
ProxyGen能够将一个Java类文件的头部文件或源文件转出到标准输出。ProxyGen总是会包含生成的C++代理类中的public方法和字段，根据指定的访问水平，它也会包含protected、package或private方法和字段。
用法：ProxyGenerator ＜类文件＞ ＜头部 | 源文件＞ [ 选项 ]
选项可能是：
-protected ：生成protected字段和成员
-package ：生成package字段和成员
-private ：生成private字段和成员
BatchGen
在生成C++代理类的头文件和源代码文件方面，BatchGen与ProxyGen非常相似。二者的不同之处是，ProxyGen只处理一个Java
类文件，BatchGen则处理由多个Java类文件组成的jar或zip文件。另外，ProxyGen将头文件和源代码文件输出到标准输
出，BatchGen则将头文件和源代码文件输出到指定的目录。
用法：BatchGenerate ＜包含Java类的jar或zip＞
＜头文件的目标目录＞
＜源代码文件的目标目录＞
[ 选项 ]
选项可能是：
-protected ：生成protected的字段和成员
-package ：生成package字段和成员
-private ：生成private字段和成员 |
Jace还会有哪些改进
将来，Jace的性能会进一步地提高，对数组提供更好的支持，当然了，在其他一些方面也会有所改进。例如，Jace将把Java的数组作为标准的C++容器，并兼容for_each()等函数。另外，它还会支持数组元素的后台缓冲和预先取等功能。
结论
JIN存在的许多问题都与它和C的绑定有关，通过将JNI与C++绑定，Jace很好地解决了JNI存在的问题，将有助于Java的普及。
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项目网址：http://code.google.com/p/jace/
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