S-JIS[2006-06-18/2008-02-07] 変更履歴

JNI（Java Native Interface）

JavaからC言語/C++の関数を呼ぶ・あるいは逆にC/C++からJavaのメソッドを呼ぶための仕組み。

C言語またはC++で作ったライブラリを、Windowsの場合はDLLファイル、UNIXの場合は共有オブジェクト（so）ファイルにしておき、Javaから呼び出すことが出来る。
また、C言語/C++で作ったソースの中からJavaオブジェクトのメソッドを呼び出すことが出来る。
ただし当然 呼び出し方はJavaとC/C++（ネイティブ）とで整合性をとる必要があり、それがJNIである。

全体の手順

JNIでライブラリを作るには、以下のような手順で作業する。

1. 呼び出す側のプログラム（とりあえずは宣言だけでよい）をJavaで書く。
2. ひとまずJavaのソースをコンパイルしてclassファイルを生成する。
3. javahを使ってclassファイルから C言語/C++のヘッダーファイルを生成する。
   →build.xmlを書いておくと便利
4. 生成したヘッダーファイルの実装をC言語/C++で書く。 →実装方法
5. C言語/C++のソースをコンパイルしてDLL（SO）ファイルを生成する。
   JNI用ヘッダーファイルを探しに行く場所の指定が必要。
   →VC++の場合、ビルドしたDLLをEclipseのワークスペースに自動コピーするよう設定すると便利
6. JavaでDLL（SO）ファイルを呼び出して実行する。

ある程度の生成作業は、makefileにしたりbuild.xmlにしたりして自動化できる。

宣言の作成

まず、Javaでライブラリの関数を宣言する。
nativeというキーワードを付け、関数本体を書かない。（インターフェースでメソッドを宣言するようなもの）

JniJikken.java：

public class JniJikken {

	private native byte[] copy(String src);

}

このファイルをコンパイルし、JniJikken.classを生成しておく。

→メソッド本体の例

ヘッダーファイルの作成

javahというコマンド（javacやjavaと同じディレクトリに入っている）を使って、C言語/C++のヘッダーファイルを生成する。
この生成には、nativeを宣言したJavaのクラスファイルを入力として使う。

>javah -classpath クラスのあるディレクトリ -d 生成先ディレクトリ クラス名
>javah -classpath classes -d %VCPP%\JniJikken JniJikken

この例では、classesディレクトリ直下にあるJniJikken.classを元に、VC++のJniJikkenというディレクトリの下にJniJikken.hを生成する。

javahは優秀なので(笑)、何度実行しても 宣言が新しくなっていない限りヘッダーファイルを更新しない。
（-forceオプションを付ければ常に上書きする）

→Sunのjavah - Cヘッダーとスタブファイルジェネレータ

Eclipseを使っている場合は（そうでない場合でも）、Ant用のbuild.xmlやバッチファイルを作っておけば便利だろう。

なお、クラスがパッケージ内に存在する場合は、以下の様にパッケージを指定する。

>javah -classpath classes -d %VCPP%\JniJikken jp.hishidama.jni.JniJikken

生成されるヘッダーファイルの名前はパッケージを含んだ形になる。
すなわち「jp_hishidama_jni_JniJikken.h」となる。ちょっとくどいよね…
（生成される場所はあくまで指定したディレクトリ直下であり、パッケージ構成のディレクトリが作られるわけではない。）

C言語/C++での実装

生成したヘッダーファイルは、以下の様になっている。

JniJikken.h：

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

#ifndef _Included_JniJikken
#define _Included_JniJikken
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     JniJikken
 * Method:    copy
 * Signature: (Ljava/lang/String;)[B
 */
JNIEXPORT jbyteArray JNICALL Java_JniJikken_copy
  (JNIEnv *, jobject, jstring);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

JniJikken.javaで「copy」という名前で宣言したメソッドが、「Java_JniJikken_copy」という関数になっている。
この関数をC言語あるいはC++で実装してやることになる。

Javaでのbyte[]やStringは、jbyteArray・jstringといった型（実体は構造体のポインター）で表現される。
これらはjni.h（及びその中でincludeしているjni_md.h）で定義されている。

JniJikken.c： JniJikken.cpp：

#include "JniJikken.h"

JNIEXPORT jbyteArray JNICALL Java_JniJikken_copy
  (JNIEnv *env, jobject thisj, jstring srcj)
{
	return NULL; /*ひとまずコンパイルを通す為、意味のあることは書かない*/
}

関数定義はヘッダーファイルから持ってきて、変数を追加すればいいだろう。
最初の変数は皆envにしているようだ。

2つ目の引数は、Javaから呼び出した際のクラスのインスタンス（を表すもの）が入ってくる。
したがって名前をthisとするのが雰囲気的にはいいのだが、C++ではthisがキーワードとして使われているので、別のものにしなければならない。
単純にobjとしている人も多いようだが、自分はthisjにしておく。（VBでthisに相当するものがMeだからmeでいいかと思ったけど、統一の為）
なお、staticメソッドの場合は、jobjectでなくjclassになる。[2007-09-15]

3つ目以降の引数はJava側で定義したものなので、基本的にそちらの変数と同じ名前でいいだろう。
が、実際に使う場合にはC言語の変数を作ってやることが多いので、Javaの引数であるということを明示する為に、自分は末尾に「j」を付けている。（srcの場合はsrcj）（変数の先頭に付けないのは、そうするとJNIのクラス（jstringとか）と紛らわしいから）

実際の関数の中の書き方は後述。

C言語/C++のコンパイル

出来上がったC言語/C++のソースをコンパイルして、DLL（Windowsの場合）やSO（UNIXの場合）を生成する。
（UNIXの共有オブジェクト（SO）のファイル名は、「lib」で始まらないといけないらしい）

その際、jni.h およびその中でincludeしているjni_md.hがある場所をコンパイラーに指示してやる必要がある。
たいていのコンパイラーは「-I」オプションでインクルードパスを指定できる。

Solarisの例：

% cc -G -I /usr/java/include -I /usr/java/include/solaris JniJikken.c -o libJniJikken.so

Solarisでのmakefileの例：

all: libJniJikken.so

lib%.so: %.c %.h
cc -G $< -I /usr/java/include -I /usr/java/include/solaris -o $@

%.h: %.class
javah $*

%.class: %.java
javac $<

↑この例の場合、javaのコンパイル・javahでの生成まで含んでいる。

VC++の例：

インクルードパスの追加方法参照。
↓JDK1.6の場合

C:\Program Files\Java\jdk1.6.0\include,C:\Program Files\Java\jdk1.6.0\include\win32

Javaから実行

DLL又はSOファイルを作ったら、Javaから呼び出してやる。

JniJikken.java：

public class JniJikken {

	private native byte[] copy(String src);

	public static void main(String[] args) {
		System.loadLibrary("JniJikken");

		String src = "testテスト";

		JniJikken me = new JniJikken();
		byte[] dst = me.copy(src);

		System.out.println(dst);
	}
}

DLL又はSOファイルを実行時に読み込むために、「System.loadLibrary」を 最初に呼んでやる必要がある。
この引数には、DLLやSOファイル名の中核部分を指定する。（JniJikken.dll／libJniJikken.so）

最初に一度だけ確実に実行する仕組みとして、staticブロック（静的初期化子）で呼ぶ人も多い。

public class JniJikken {
	static {
		System.loadLibrary("JniJikken");
	}
	private native byte[] copy(String src);

	public static void main(String[] args) {
		〜
	}
}

このloadLibraryを実行し忘れると、nativeメソッド（この例ではcopy）の実行時に以下のような例外が発生する。

java.lang.UnsatisfiedLinkError: copy
	at JniJikken.copy(Native Method)
	at JniJikken.main(JniJikken.java:11)
Exception in thread "main"

そして、loadLibraryで指定されたDLLやSOファイルをjavaが実行時に探す為には、環境変数を設定しておく必要がある。

Windowsの場合、環境変数PATHにDLLファイルのパスが入っていなければならない。
Eclipseの場合はアプリケーション毎にPATHを指定できる。

UNIXの場合は、環境変数LD_LIBRARY_PATHにSOファイルのパスが入っていなければならない。

環境変数を設定しない場合は、実行時引数を以下の様に設定してやる。

> java -Djava.library.path=DLLやSOのディレクトリ JniJikken

loadLibraryの実行時に 指定されたDLLやSOファイルが見つからないと、以下のような例外が発生する。

java.lang.UnsatisfiedLinkError: no Jni_Jikken in java.library.path
	at java.lang.ClassLoader.loadLibrary(Unknown Source)
	at java.lang.Runtime.loadLibrary0(Unknown Source)
	at java.lang.System.loadLibrary(Unknown Source)
	at JniJikken.main(JniJikken.java:8)
Exception in thread "main"

		System.loadLibrary("Jni_Jikken");

「java.library.path」が、環境変数PATHやLD_LIBRARY_PATHを意味している。
（実際、Windowsの場合、System.getProperty("java.library.path")で取って来られる内容は、環境変数PATHの内容だ。）
この例では、Windowsの場合DLLファイルの「Jni_Jikken.dll」が、UNIXの場合SOファイルの「libJni_Jikken.so」が見つからない。

参考

• 田中宏和さんのJavaでHello World JNI編