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What is JNI ?
JNI （Java Native Interface）是JVM为上层java应用提供的调用Native模块的渠道。我们知道java语言属于托管语言，依赖于JVM虚拟机的解析执行，并非直接运行于操作系统中，而对于操作系统而言，虚拟机只是一个普通进程而已。
JNI机制对于JVM来说，可以说是一个很重要的机制，不仅仅为java代码的开发提供了调用native模块的机会，虚拟机自身的一些重要实现也依赖于JNI调用。这里作者随意查看了系统中的java进程的依赖库，可以发现一些重要模块通过JNI机制，也封装入了动态链接库中：
那么思考一个问题，为什么java进程要使用jni技术？这个问题和进程为什么需要使用动态链接库一个道理。主要有两个原因：
从软件开发的角度来说，一些模块放入动态链接库，便于java虚拟机的模块化开发与管理，使得虚拟机的实现不至于那么复杂臃肿，这一点符合软件工程的解耦原则。最近Java 9的发布，一个重要的特性就是模块化，虽然作者没有考究其实现机制idea导出可执行jar包，但猜测应该也离不开JNI的支持。
动态链接库有助于节省内存，可以使进程占用更少的内存资源。这里就需要说一下动态链接库的知识了（以Windows 动态链接库DLL来说），如果系统中两个进程都依赖于同一个动态链接库，那么系统内存中该动态链接库只会被加载一次（更准确的说是通过VirtualAlloc API分配一次内存空间），这样就大大提高了系统的内存的使用率。如果java中一些关键模块都是直接内联入虚拟机中实现的，那么相同的模块就会重复加载，造成内存浪费。当然PE与ELF等涉及的内容还很多，不是本文重点，想要深入学习的小伙伴，可以看《程序员的自我修养》一书。
在传统项目的java开发中，一般很少用到JNI技术，基本上java层就能作所有事情了，而JNI技术一般用在安全加固方面，如市面上很多apk都将自己的加解密函数，甚至协议包的封装，都放入了动态链接库中实现，提高了破解的难度。
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JNI的使用与开发
JNI的开发分为两个部分，一个是java层对于调用接口的定义，另一重要部分是C/C++动态链接库对于接口的实现（这里的接口并非指java中的interface，实际上申明的还是class）。Java部分接口的申明需要使用native关键字接口声明，并且需要必须声明为静态方法：
之后，就可以使用javah工具根据声明类生成C/C++工程需要引用的函数定义头文件，命令如下：
javah会根据java接口定义的包名，类名，方法名按照jni的命名规则生成函数定义头文件，同时该函数会被声明为动态链接库的导出函数：
头文件生成后，就能在C/C++项目中直接引用该头文件，开发动态链接库了。
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JNI实现之动态链接库
由于动态链接库使用C/C++进行开发，就不具备跨平台的特性了。在windows系统下，动态链接库是遵循PE文件格式的DLL文件，linux（android）系统下则是ELF格式的so文件。在Windows平台下动态链接库的编译，需要在编译时为编译器指定/DLL开关，也可以使用Visual Stuido直接创建一个DLL项目进行开发，动态链接库的项目属性配置如下：
具体的开发过程，本文就不讨论了，开发什么功能都是由项目需求决定的，这里作者列举一些动态链接库在开发过程中需要注意的问题：
1.Dll的平台版本问题。在32位操作系统中，32位进程（x86）只能使用不超过4GB的内存空间，并且高2GB的内存地址还是由操作系统内核所占用(默认1:1)，因此4GB内存地址对于今天的大型系统来说往往是不够使用的。为了使进程可以使用超过4GB的内存空间，现代CPU都支持了64位操作系统，但操作系统一般会兼容之前的32位软件，64位版本的Windows系统就通过Wow64技术来对32位进程提供了运行的支持。但是对于动态链接库的开发来说，程序员还是要需要区分动态链接库的平台版本，因为64位进程无法加载32位动态链接库，所以必须确保java进程与jni动态链接库的平台一致。不过程序员无需对32位与64位的区分做额外的开发工作（除非要使用内联汇编），只需要设置编译器的编译平台类型支持即可，如Visual Studio下只需添加对应对应platform的支持即可。
2.DLL的动态链接与静态链接（LINK）。实际上我们开发的DLL就是由Java进程动态链接入进程内存空间的函数实现的模块，动态与静态链接的区别在于，目标代码（指令）是否直接包含在了可执行文件中，这一点与Java开发中只包含了接口，将jar包放入java进程加载目录中来实现库的调用，还是直接将库的jar包直接打包到了生成包中的区别相似。这里作者提出DLL的动态与静态链接问题的原因是，如果采用动态链接，那么在不同版本的windows系统下，Java进程可能会弹出c++运行时库(msvcrXXX.dll)缺失的问题（相当于Java的ClassNotFound异常），所以一劳永逸的做法就是直接使用静态链接的方式来生成DLL。但如果你十分确定Java的运行平台的运行时库版本，并且追求运行内存的最小化，那么这里可以采用动态链接的方式编译。
3.跨平台的开发问题。JNI动态链接库需要注意跨平台开发的问题，如果一套代码能支持多个平台，那将会是一件很愉快的事情。那我们如何做到呢？首先尽量避免使用依赖于平台特性的系统API，能使用C++标准运行时库的函数尽量使用运行时库来实现，如果必须使用特定平台的系统API，可以使用_WIN32宏来做代码区分编译。这里作者举一个例子，在jni_md.h中JNIEXPORT与JNIIMPORT等函数导出宏在不同的平台下具有不同的声明，但该声明没有做到跨平台编译的支持，因此作者在项目中将jni_md.h进行了改造，将linux与Windows平台函数导出的声明放在了一起，并结合使用_WIN32宏来区别平台的版本编译，如下:
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虚拟机中JNI加载原理
在开发完成动态链接库之后并成功编译生成可执行文件后，就可以引入Java项目idea导出可执行jar包，通过JNI进行调用了。
熟悉C/C++开发的同学一定知道，在进程中使用动态链接库时，需要通过LoadLibrary() API将动态链接库加载到进程内存空间，才能使用，并通过函数指针结合函数地址来进行函数的调用。而在Java中则是由System.loadLibrary()静态方法来实现链接库的加载，完成加载后，便可以通过之前的声明的native接口来进行调用了。
这样看来，JNI加载的关键实现就在System.loadLibrary()这个函数中了，而该函数的实现也是一个native的掉用，是由JVM中由os::dll_load()方法实现，其实质同样是通过系统API来对动态链接库进行加载，只是不同的平台下调用的系统API不同罢了，但原理相似（顺便说一下，JVM源码的确是跨平台C++项目的开发典范）：
所以，JNI的就是JVM为Java语言封装了进程调用动态链接库的系统API而已。在第二节中，我们说明了通过javah生成的C/C++头文件的函数命名规则，但读者还需要注意一个地方，那就是函数通过JNIEXPORT宏被声明为了导出函数，那么何所谓导出函数，为什么要声明为导出函数？
这里作者以Java程序员的角度来说一下什么是PE(ELF)文件的导出函数。导出函数就相当于Java包中的public方法，可以被其他java应用程序通过引用的方式进行调用。而在PE(ELF)文件中，声明为导出函数的函数名称与地址将会在编译时被填写在PE(ELF)文件的导出表中，而其他进程在引用动态链接库时只能调用导出表中的函数（除非使用hack手段，才能调用任意函数，任意地址），通过IDA下查看动态链接库的导出表如下：
可以发现，这些导出表中的函数名与通过javah工具生成的头文件中的函数名完全一致。最后一个需要探讨的问题就是关于native方法的调用，其实也是由JVM实现的，从进程的角度看，方法调用实际上就是CPU执行地址寄存器（ESI）在指令内存空间的一次跳跃(JMP)，Java在调用native 方法时，java进程通过导出表获取到对应函数在内存中的地址，然后跳过去执行(注意导出表中的地址并不是函数的内存地址，是文件偏移地址，在被加载到内存后，还需要加上镜像基地址才能找到函数的内存地址)。当然寻找函数地址的方法，操作系统已经提供了现成的API，这里就不详解了，不同平台下具体实现如下图所示：
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关于JNI的调试
JNI调试其实就是源码调试技术，但是由于调用者是Java进程，在Idea、eclipse下貌似没有办法直接从java的JNI接口步入C++实现函数进行调试(Android studio ndk可以调试，但相对于其他C++源码的调试器还是差了些)，那么我们真的就无法进行调试了吗？当然不是，其实在使用VS编译生成二进制文件时，编译器会产生一个符号文件（*.pdb文件），只要调试器在调试该进程时，同时加载了这个pdb文件，那么调试过程中，调试器就会根据符号文件与源码进行匹配，从而实现源码调试。下面看一下使用IDEA + Visual Studio进行jni项目调试的具体操作步骤：
首先确保C/C++项目的编译配置中生成了pdb文件：
为了便于调试关闭编译器优化选项：
编译完成后将生成的xxx.dll文件文件放入jni加载路径，运行Java调用程序（最好先在java调用程序中下一个断点）。然后使用ProcessHacker工具找到JNI的调用进程的PID，注意这个PID一定要找对，系统有的Java进程并不是调用程序的java进程，Java PID的寻找也可使用jps命令:
打开visual studio，并且打开DLL源码项目，通过Debug -> Attach Process的方式进行调试：
在进程列表中找到PID与Java调用进程PID相同的Java进程，点击Attache：
在被调用函数中使用F9下断点，此时便可以放开IDEA中的断点，java进程在加载了DLL后，并运行至C++中设置的断点后，就会被断下，此时就可以进行源码调试了，如下所示：
C++的源码调试，一定要注意pdb文件与生成的动态链接库版本一致，否则Visual studio会报找不到符号文件的问题，当然并不是说没有符号文件你就不能进行二进制的调试了，你可以使用汇编调试，呵呵！
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