把一個(gè)JVM嵌入到本地程序中

本章講述如何把一個(gè)JVM嵌入到你的本地程序當(dāng)中去。一個(gè)JVM可以看作就是一個(gè)本地庫(kù)。本地程序可以鏈接這個(gè)庫(kù)，然后通過(guò)“調(diào)用接口”（invocation interface）來(lái)加載JVM。實(shí)際上，JDK中標(biāo)準(zhǔn)的啟動(dòng)器也就是一段簡(jiǎn)單的鏈接了JVM的C代碼。啟動(dòng)器解析命令、加載JVM、并通過(guò)“調(diào)用接口”（invocation interface）運(yùn)行JAVA程序。
7.1 創(chuàng)建JVM
我們用下面這段C代碼來(lái)加載一個(gè)JVM并調(diào)用Prog.main方法來(lái)演示如何使用調(diào)用接口。
public class Prog {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Hello World " + args[0]);
}
}
下面是啟動(dòng)器：

include <jni.h>

define PATH_SEPARATOR ';' /* define it to be ':' on Solaris */

define USER_CLASSPATH "." /* where Prog.class is */

main() {
JNIEnv *env;
JavaVM *jvm;
jint res;
jclass cls;
jmethodID mid;
jstring jstr;
jclass stringClass;
jobjectArray args;

ifdef JNI_VERSION_1_2

 JavaVMInitArgs vm_args;
 JavaVMOption options[1];
 options[0].optionString =
     "-Djava.class.path=" USER_CLASSPATH;
 vm_args.version = 0x00010002;
 vm_args.options = options;
 vm_args.nOptions = 1;
 vm_args.ignoreUnrecognized = JNI_TRUE;
 /* Create the Java VM */
 res = JNI_CreateJavaVM(&jvm, (void**)&env, &vm_args);

else

 JDK1_1InitArgs vm_args;
 char classpath[1024];
 vm_args.version = 0x00010001;
 JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs(&vm_args);
 /* Append USER_CLASSPATH to the default system class path */
 sprintf(classpath, "%s%c%s",
         vm_args.classpath, PATH_SEPARATOR, USER_CLASSPATH);
 vm_args.classpath = classpath;
 /* Create the Java VM */
 res = JNI_CreateJavaVM(&jvm, &env, &vm_args);

endif /* JNI_VERSION_1_2 */

 if (res < 0) {
     fprintf(stderr, "Can't create Java VM\n");
     exit(1);
 }
 cls = (*env)->FindClass(env, "Prog");
 if (cls == NULL) {
     goto destroy;
 }

 mid = (*env)->GetStaticMethodID(env, cls, "main",
                                 "([Ljava/lang/String;)V");
 if (mid == NULL) {
     goto destroy;
 }
 jstr = (*env)->NewStringUTF(env, " from C!");
 if (jstr == NULL) {
     goto destroy;
 }
 stringClass = (*env)->FindClass(env, "java/lang/String");
 args = (*env)->NewObjectArray(env, 1, stringClass, jstr);
 if (args == NULL) {
     goto destroy;
 }
 (*env)->CallStaticVoidMethod(env, cls, mid, args);

destroy:
if ((env)->ExceptionOccurred(env)) {
(env)->ExceptionDescribe(env);
}
(jvm)->DestroyJavaVM(jvm);
}
上面的代碼有條件地編譯一個(gè)初始化JDK1_1InitArgs這個(gè)structure。這個(gè)structure是JDK1.1下特有的，盡管JDK1.2也會(huì)支持，但JDK1.2引入了一個(gè)更通用的叫作JavaVMInitArgs的VM初始化structure。
常量JNI_VERSION_1_2在JDK1.2下定義，JDK1.1下是沒(méi)有的。
當(dāng)目標(biāo)平臺(tái)是1.1時(shí)，C代碼首先調(diào)用JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs來(lái)獲得默認(rèn)的VM設(shè)置。這個(gè)調(diào)用會(huì)返回heap size、stack size、默認(rèn)類路徑等信息，并把這些信息存放在參數(shù)vm_args中。然后我們把Prog.class所在的目錄附加到vm_args.classpath中。
當(dāng)平臺(tái)目標(biāo)是1.2時(shí)，C代碼創(chuàng)建了一個(gè)JavaVMInitArgs的structure。VM的初始化參數(shù)被存放在一個(gè)JavaVMOption數(shù)組中。
設(shè)置完VM初始化structure后，C程序調(diào)用JNI_CreateJavaVM來(lái)加載和初始化JVM，傳入的前兩個(gè)參數(shù)：
1、 接口指針jvm，指向新創(chuàng)建的JVM。
2、 當(dāng)前線程的JNIEnv接口指針env。本地代碼通過(guò)env指針訪問(wèn)JNI函數(shù)。
當(dāng)函數(shù)JNI_CreateJavaVM函數(shù)成功返回時(shí)，當(dāng)前本地線程已經(jīng)把自己的控制權(quán)交給JVM。這時(shí)，它會(huì)就像一個(gè)本地方法一樣運(yùn)行。以后就可以通過(guò)JNI函數(shù)來(lái)啟動(dòng)Prog.main方法。
接著，程序調(diào)用DestroyJavaVM函數(shù)來(lái)unloadJVM。不幸的是，在JDK1.1和JDK1.2中你不能unloadJVM，它會(huì)一直返回一個(gè)錯(cuò)誤碼。
運(yùn)行上面的程序，產(chǎn)生如下輸出：
Hello World from C!
7.2 把本地程序和JVM鏈接在一起
通過(guò)調(diào)用接口，你可把invoke.c這樣的程序和一個(gè)JVM鏈接到一起。怎么樣鏈接JVM取決于本地程序是要和一個(gè)特定的VM一起工作，還是要和多個(gè)具體實(shí)現(xiàn)方式未知的不同VM一起工作。
7.2.1 和一個(gè)己知的JVM鏈接到一起
這種情況下，你可以把你的本地程序和實(shí)現(xiàn)了JVM的本地庫(kù)鏈接在一起。編譯鏈接成功后，你就可以運(yùn)行得到的可執(zhí)行文件。運(yùn)行時(shí)，你可能會(huì)得到一個(gè)錯(cuò)誤信息，比如“無(wú)法找到共享庫(kù)或者動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)”，在Windows下，錯(cuò)誤信息可能會(huì)指出無(wú)法發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)javai.dll（JDK1.1）或者jvm.dll（JDK1.2），這時(shí)，你需要把DLL文件加載到你的PATH環(huán)境變量中去。
7.2.2 和未知的多個(gè)JVM鏈接到一起
這種情況下，你就不能把本地程序直接和一個(gè)特定的庫(kù)鏈接在一起了。比如，JDK1.1的庫(kù)是javai.dll，而JDK1.2的庫(kù)是jvm.dll。
解決方案是根據(jù)本地程序的需要，用運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接來(lái)加載不同的VM庫(kù)。例如，下面的win32代碼，根據(jù)給定的VM庫(kù)的路徑找到JNI_CreateJavaVM函數(shù)的入口。
LoadLibrary和GetProcAddress是Win32平臺(tái)上用來(lái)動(dòng)態(tài)鏈接的API。雖然LoadLibrary可以實(shí)現(xiàn)了JVM的本地庫(kù)的名字（如“jvm”）或者路徑（如“C:\jdk1.2\jre\bin\classic\jvm.dll”）。最好把本地庫(kù)的絕對(duì)路徑傳遞給JNU_FindCreateJavaVM，讓LoadLibrary去搜索jvm.dll，這樣程序就不怕環(huán)境變量被改變了。
7.3 附加本地線程
假設(shè)，你有一個(gè)用C寫的服務(wù)器這樣的多線程程序。當(dāng)HTTP請(qǐng)求進(jìn)來(lái)的時(shí)候，服務(wù)器創(chuàng)建許多本地線程來(lái)并行的處理HTTP請(qǐng)求。為了讓多個(gè)線程可以同時(shí)操作JVM，我們可能需要把一個(gè)JVM植入這個(gè)服務(wù)器。
圖7.1 把JVM嵌入WEB服務(wù)器
服務(wù)器上的本地方法的生命周期一般會(huì)比JVM要短，因此我們需要一個(gè)方法把本地線程附加到一個(gè)已經(jīng)在運(yùn)行的JVM上面，然后在這個(gè)本地方法中進(jìn)行JNI調(diào)用，最后在不打擾其它連接到JVM上的線程的情況下把這個(gè)本地線程和JVM分離。
下面這個(gè)例子中，attach.c演示了怎么樣使用調(diào)用接口（invocation interface）把本地線程附加到VM上去，這段程序使用的是Win32線程API。
/ Note: This program only works on Win32 */

include <windows.h>

include <jni.h>

JavaVM jvm; / The virtual machine instance */

define PATH_SEPARATOR ';'

define USER_CLASSPATH "." /* where Prog.class is */

void thread_fun(void *arg)
{
jint res;
jclass cls;
jmethodID mid;
jstring jstr;
jclass stringClass;
jobjectArray args;
JNIEnv env;
char buf[100];
int threadNum = (int)arg;
/ Pass NULL as the third argument */

ifdef JNI_VERSION_1_2

 res = (*jvm)->AttachCurrentThread(jvm, (void**)&env, NULL);

else

 res = (*jvm)->AttachCurrentThread(jvm, &env, NULL);

endif

 if (res < 0) {
    fprintf(stderr, "Attach failed\n");
    return;
 }
 cls = (*env)->FindClass(env, "Prog");
 if (cls == NULL) {
     goto detach;
 }
 mid = (*env)->GetStaticMethodID(env, cls, "main", 
                                 "([Ljava/lang/String;)V");
 if (mid == NULL) {
     goto detach;
 }
 sprintf(buf, " from Thread %d", threadNum);
 jstr = (*env)->NewStringUTF(env, buf);
 if (jstr == NULL) {
     goto detach;
 }
 stringClass = (*env)->FindClass(env, "java/lang/String");
 args = (*env)->NewObjectArray(env, 1, stringClass, jstr);
 if (args == NULL) {
     goto detach;
 }
 (*env)->CallStaticVoidMethod(env, cls, mid, args);

detach:
if ((env)->ExceptionOccurred(env)) {
(env)->ExceptionDescribe(env);
}
(*jvm)->DetachCurrentThread(jvm);
}

main() {
JNIEnv *env;
int i;
jint res;

ifdef JNI_VERSION_1_2

 JavaVMInitArgs vm_args;
 JavaVMOption options[1];
 options[0].optionString =
     "-Djava.class.path=" USER_CLASSPATH;
 vm_args.version = 0x00010002;
 vm_args.options = options;
 vm_args.nOptions = 1;
 vm_args.ignoreUnrecognized = TRUE;
 /* Create the Java VM */
 res = JNI_CreateJavaVM(&jvm, (void**)&env, &vm_args);

else

 JDK1_1InitArgs vm_args;
 char classpath[1024];
 vm_args.version = 0x00010001;
 JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs(&vm_args);
 /* Append USER_CLASSPATH to the default system class path */
 sprintf(classpath, "%s%c%s",
         vm_args.classpath, PATH_SEPARATOR, USER_CLASSPATH);
 vm_args.classpath = classpath;
 /* Create the Java VM */
 res = JNI_CreateJavaVM(&jvm, &env, &vm_args);

endif /* JNI_VERSION_1_2 */

if (res < 0) {
fprintf(stderr, "Can't create Java VM\n");
exit(1);
}
for (i = 0; i < 5; i++)
/* We pass the thread number to every thread */
_beginthread(thread_fun, 0, (void )i);
Sleep(1000); / wait for threads to start /
(jvm)->DestroyJavaVM(jvm);
}
上面這段attach.c代碼是invoke.c的一個(gè)變形。與在主線程中調(diào)用Prog.main不同，本地代碼開啟了五個(gè)線程。開啟線程完成以后，它就會(huì)等待1秒鐘讓線程可以運(yùn)行完畢，然后調(diào)用DestroyJavaVM來(lái)銷毀JVM。而每一個(gè)線程都會(huì)把自己附加到JVM上面，然后調(diào)用Prog.main方法，最后斷開與JVM的連接。
JNI_AttachCurrentThread的第三個(gè)參數(shù)需要傳入NULL。JDK1.2引入了JNI_ThreadAttachArgs這個(gè)structure。它允許你向你要附加的線程傳遞特定的信息，如線程組等。JNI_ThreadAttachArgs這個(gè)structure的詳細(xì)描述在13.2節(jié)里面，作為JNI_AttachCurrentThread的規(guī)范的一部分被提到。
當(dāng)程序運(yùn)行函數(shù)DetachCurrentThread時(shí)，它釋放屬于當(dāng)前線程的所有局部引用。
運(yùn)行程序，輸出如下：
Hello World from thread 1
Hello World from thread 0
Hello World from thread 4
Hello World from thread 2
Hello World from thread 3
上面這些輸出根據(jù)不同的線程調(diào)試策略，可能會(huì)出現(xiàn)不同的順序。

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