java 在JNI中,如何根据IBM的性能建议缓存类、方法ID和字段ID?

ee7vknir  于 2023-10-14  发布在  Java
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我在IBM上读到,
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()、GetMethodId()和GetStaticMethodID()。在GetFieldID()、GetMethodID()和GetStaticMethodID()的情况下,为给定类返回的ID在JVM进程的生存期内不会更改。但是获取字段或方法的调用可能需要在JVM中进行大量的工作,因为字段和方法可能是从超类继承的,这使得JVM沿着类层次结构向上查找它们。因为给定类的ID是相同的,所以应该查找一次,然后重用它们。类似地,查找类对象的开销可能很大,因此也应该缓存它们。
如何在JNI中缓存methodIDfieldIDclass对象?是否有内置的方法或必须遵循的特定程序?

l7mqbcuq

l7mqbcuq1#

没有内置的方法可供遵循,但是这里有一个标准的、简洁的、可重复的实现,展示了我如何实践IBM的建议。
我假设你从Java调用你的DLL,并且在你的应用程序生命周期中多次引用它。
示例本机Java类名为org.stackoverflow.jni.NativeClazz,它将实现2个内置JNI方法JNI_OnLoad()JNI_OnUnload()
void JNI_OnLoad(JavaVM *vm, void *reserved):此方法将用于将Class ID注册为全局变量,并将Method ID和Field ID分配给静态变量。该方法在Java VM加载驱动程序时自动调用;它在驱动程序生命周期期间仅被调用一次。
void JNI_OnUnload(JavaVM *vm, void *reserved):此方法将用于释放JNI_OnLoad()注册的任何全局变量。VM将在应用程序关闭之前立即自动调用JNI_OnUnload()

**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。如果没有这样做,并且类从JVM中卸载,则在类重新加载时,方法ID/字段ID可能不同。如果类ID注册为全局引用,则关联的方法ID和字段ID不需要注册为全局引用。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。JNI_OnUnload()中应该删除全局引用,包括类ID。

方法ID和字段ID不由本机代码管理;它们由虚拟机管理,并且在卸载相关联的类之前是有效的。在虚拟机卸载定义类之前,无法显式删除字段ID和方法ID;它们可以在卸载后留给VM处理。

示例代码

以下C++代码部分中的注解解释了全局注册变量。

  • 以下是表示数据对象的Java类BeanObject:*
package org.stackoverflow.data;

public class BeanObject {

    String foo = "";
    
    public String getFoo() {
     
        return foo;
    }
}
  • 下面是一个框架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);
}
  • 以下是在NativeClazz上使用javah生成的C++头文件“org_stackoverflow_jni_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
  • 下面是实现头文件的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 general JNI_VERSION for use in JNI_Onload/JNI_OnUnLoad
 * Change value if a Java upgrade requires it (prior: JNI_VERSION_1_6)
 * JNI_VERSION_#_# obtained from jni.h inclusion 
 **************************************************************/
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);
}
kmbjn2e3

kmbjn2e32#

下面是我如何实践IBM的建议。考虑一下这样的demo 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头文件如下所示:

/* 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value的字段id。
在学习了这个很好的article之后,我将SimpleClazz缓存在函数JNI_OnLoad中,该函数在加载本机库时调用(例如,通过System.loadLibrary)。在JNI_Onload中,我们确实找到了class,并将这个jclass存储为一个全局字段。
此外,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字段ID可以在更好的范围内,而不是在全局范围内。这种设计的缺点是每次调用这个函数时都需要与NULL进行比较。我从The Java Native Interface: Programmer's Guide and Specification这本书的4.4.1节学到了这个设计。
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收集时,将调用该函数。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);
        }
    }
}
nmpmafwu

nmpmafwu3#

你可以有一些这样的实用程序结构:

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;
}

这是从我的问题:https://stackoverflow.com/questions/10617714/how-to-extend-swt-com-support
一些很好的例子可以看看os_structs.c,它与eclipse SWT实现捆绑在一起。

**注:**以上代码仅为示例,可适用于不同的操作系统。此外,它只是显示“如何访问Java字段”;对于方法,您可以遵循相同的方法。

3xiyfsfu

3xiyfsfu4#

参考@JoshDM给出的答案
C接口与上面给出的C++接口略有不同。你必须这样写:

/**************************************************************
 * 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(vm, (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(env, "org/stackoverflow/data/BeanObject");

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

    // STEP 3/3 : Delete the no longer needed local reference
    (*env)->DeleteLocalRef(env, tempLocalClassRef);

    // Load the method id
    JMID_BeanObject_getFoo = (*env)->GetMethodID(env, 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;
}
bfhwhh0e

bfhwhh0e5#

对于简单的情况,我在C代码中使用静态字段,使用从Java类调用的initId方法初始化:

package demo;
public class WithNatives {

 static {
   initIDs();
 }

 private static native void initIDs();

}

在C中:

static jmethodID methodId;

void JNICALL Java_demo_WithNatives_initIDs(JNIEnv *env, jclass clazz)
{
   // initialize methodId
}

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