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一文读懂本地方法栈

  • 2022-08-22 10:28:37
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1.本地方法栈概述

本地方法栈的功能和特点类似于虚拟机栈,均具有线程隔离的特点以及都能抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

不同的是,本地方法栈服务的对象是JVM执行的native方法,而虚拟机栈服务的是JVM执行的java方法。如何去服务native方法?native方法使用什么语言实现?怎么组织像栈帧这种为了服务方法的数据结构?虚拟机规范并未给出强制规定,因此不同的虚拟机实可以进行自由实现,我们常用的HotSpot虚拟机选择合并了虚拟机栈和本地方法栈。

2. Native 方法

简单地讲,一个Native Method就是一个java调用非java代码的接口。

一个Native Method是这样一个java的方法:该方法的实现由非java语言实现,比如C。这个特征并非java所特有,很多其它的编程语言都有这一机制,比如在C++中,你可以用extern "C"告知C++编译器去调用一个C的函数。

在定义一个native method时,并不提供实现体(有些像定义一个java interface),因为其实现体是由非java语言在外面实现的。

3. Native 方法实例

{
      native public void Native1( int x ) ;
      native static public long Native2() ;
      native synchronized private float Native3( Object o ) ;
      native void Native4( int[] ary ) throws Exception ;
    } 

标识符native可以与所有其它的java标识符连用,但是abstract除外。

这是合理的,因为native暗示这些方法是有实现体的,只不过这些实现体是非java的,但是abstract却显然的指明这些方法无实现体。

native与其它java标识符连用时,其意义同非Native Method并无差别,比如native static表明这个方法可以在不产生类的实例时直接调用,这非常方便,比如当你想用一个native method去调用一个C的类库时。上面的第三个方法用到了native synchronized,JVM在进入这个方法的实现体之前会执行同步锁机制(就像java的多线程。)

如果一个含有本地方法的类被继承,子类会继承这个本地方法并且可以用java语言重写这个方法,同样的如果一个本地方法被fianl标识,它被继承后不能被重写。

4. 为什么要使用Native Method

与java环境外交互:

有时java应用需要与java外面的环境交互。这是本地方法存在的主要原因,你可以想想java需要与一些底层系统如操作系统或某些硬件交换信息时的情况。本地方法正是这样一种交流机制:它为我们提供了一个非常简洁的接口,而且我们无需去了解java应用之外的繁琐的细节。

与操作系统交互:

VM支持着java语言本身和运行时库,它是java程序赖以生存的平台,它由一个解释器(解释字节码)和一些连接到本地代码的库组成。然而不管怎 样,它毕竟不是一个完整的系统,它经常依赖于一些底层(underneath在下面的)系统的支持。这些底层系统常常是强大的操作系统。通过使用本地方法,我们得以用java实现了jre的与底层系统的交互,甚至JVM的一些部分就是用C写的,还有,如果我们要使用一些java语言本身没有提供封装的操作系统的特性时,我们也需要使用本地方法。

5. JVM怎样使Native Method跑起来:

我们知道,当一个类第一次被使用到时,这个类的字节码会被加载到内存,并且只会回载一次。在这个被加载的字节码的入口维持着一个该类所有方法描述符的list,这些方法描述符包含这样一些信息:方法代码存于何处,它有哪些参数,方法的描述符(public之类)等等。

如果一个方法描述符内有native,这个描述符块将有一个指向该方法的实现的指针。这些实现在一些DLL文件内,但是它们会被操作系统加载到java程序的地址空间。当一个带有本地方法的类被加载时,其相关的DLL并未被加载,因此指向方法实现的指针并不会被设置。当本地方法被调用之前,这些DLL才会被加载,这是通过调用java.system.loadLibrary()实现的。

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