Tutorial JNI

JNI, Java Native Interface, é uma suíte de programação que permite código em Java rodando sob uma máquina virtual Java (JVM) chamar e ser chamada por aplicações nativas. Aplicações nativas são programas escritos para plataformas de hardware e sistema operacional específicos. É possível fazer chamadas para C, C++ e Assembly.

Duke tocando guitarra
JNI - Usando coisas que estão fora do Java

1. Porque?

Aplicações legadas que não podem ser reimplementadas
Bibliotecas nativas específicas que não possuem binding ou implementação em para Java
Trechos críticos da aplicação onde a performance do Java é inferior a uma implementação nativa.

2. Como Fazer?

Vamos fazer um olá mundo do JNI, uma aplicação Java vai chamar um programa em C que imprime “Ola Mundo”.

Essa vai ser a classe OlaMundo:

class OlaMundo {
	public native void diga ();

	static {
		System.loadLibrary("olanativo");
	}

	public static void main (String[] args) {
		OlaMundo ola = new OlaMundo ();
		ola.diga();
	}
}

Primeiro nós declaramos uma classe chamada OlaMundo. Essa classe possui um método chamado diga que recebe nenhum parâmetro e não retorna nada. Através da palavra reservada native nos declaramos que esse método é uma implementação nativa e portanto sua implementação não feita aqui.

Em seguida nos declaramos um bloco estático e chamamos o método loadLibrary do System. Nós pedimos para ele abrir a biblioteca olanativo (isso será explicado melhor mais adiante). É importante que o nome da biblioteca esteja todo em minúsculo.

No método main nós instanciamos o objeto OlaMundo e chamamos seu método diga.

Compilamos isso:

$ javac OlaMundo.java

Se você escreveu tudo certo a compilação não irá dar nenhum problema.

Agora vamos tentar rodar:

$ java OlaMundo
Exception in thread “main” java.lang.UnsatisfiedLinkError: no olanativo in java.library.path
at java.lang.ClassLoader.loadLibrary(ClassLoader.java:1682)
at java.lang.Runtime.loadLibrary0(Runtime.java:822)
at java.lang.System.loadLibrary(System.java:992)
at OlaMundo.(OlaMundo.java:5)

Não deu certo. Não foi possível linkar o programa com a biblioteca olanativo. Tudo bem, nós não escrevemos ela ainda. Isso não serviu pra nada, eu só mostrei isso para sublinhar que os nossos erros serão geralmente em tempo de execução e não em tempo de compilação.

Agora vamos gerar os cabeçalhos (headers) para fazermos nossa implementação nativa. A ferramenta javah faz isso pra nós, basta chamar javah seguido do nome da classe que vai chamar uma implementação nativa.

$ javah OlaMundo

Esse comando vai gerar esse OlaMundo.h:

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include
/* Header for class OlaMundo */

#ifndef _Included_OlaMundo
#define _Included_OlaMundo
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     OlaMundo
 * Method:    diga
 * Signature: ()V
 */
JNIEXPORT void JNICALL Java_OlaMundo_diga
  (JNIEnv *, jobject);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

Não é importante você entender esse código acima. Nós vamos incluir ele com um include na nossa implementação. Ele inclui o jni.h onde estão declarados toda a parte de conversão de tipo do Java/C e vai declarar o cabeçalho da função diga, que agora passa a se chamar Java_OlaMundo_diga.

Agora vamos, finalmente, a nossa implementação nativa.

#include 
#include "OlaMundo.h"

JNIEXPORT void JNICALL Java_OlaMundo_diga (JNIEnv * env, jobject jobj){
   printf("ola mundo\n");
}

Nós incluímos o OlaMundo.h e escrevemos a função Java_OlaMundo_diga, que simplesmente imprime um “ola mundo” e pula a linha.

Agora vamos compilar esse código, mas primeiro temos que descobrir onde está o jni.h. Ele vai estar dentro da pasta onde seu java está instalado e isso vai variar muito de distribuição para distribuição. Alguns comandos podem te dar pistas:

$ whereis java

Isso vai te dar vários lugares, veja se em algum desses lugares tem uma pasta chamada include e lá dentro o jni.h. No Ubuntu que eu estou usando o java está em /opt/jdk1.6.0/include/.

Nos vamos compilar nosso código em uma biblioteca. Essa bibliteca vai se chamar libolanativo.so. Esse nome não foi escolhido arbitrariamente, ele é formado pela string que nós citamos no primeiro programa, na linha 5, precedida por “lib” e sucedida por “.so”. Se estivermos usando o Windows, seria libolanativo.dll.

É necessária uma longa linha de comando para compilar isso com o gcc, vamos a ela:

$ gcc -o libolanativo.so -shared -Wl,-soname,libolanativo.so -I/opt/jdk1.6.0/include -I/opt/jdk1.6.0/include/linux OlaMundo.c -static -lc

Lembrando mais uma vez que você vai trocar os dois /opt/jdk1.6.0/include pelo diretório do Java onde está o jni.h.

Está quase tudo pronto, mas se você tentar executar o OlaMundo agora vai dar aquele primeiro erro. A linkagem com a libnativo.so não poderá ser feita porque o java não consegue encontrar ela. Vamos setar uma variável de ambiente que diz onde se deve procurar as bibliotecas para serem linkadas, vamos dizer . (ponto) que quer dizer o diretório corrente.

No terminal:

$ LD_LIBRARY_PATH=.
$ export LD_LIBRARY_PATH

Rufem os tambores, já está tudo pronto para executar a classe OlaMundo. No terminal:

$ java OlaMundo
ola mundo

3. Desvantagens de se usar JNI

Perda da portabilidade. Uma aplicação que usa uma implementação nativa só funcionará para os binários compilados disponíveis.
Complicação. Muitos conceitos estão envolvidos para fazer uma aplicação JNI funcionar. É necessário conhecimento em mais de uma linguagem.

4. Links Úteis:

Tutorial JNI

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