何日请缨提锐旅，一鞭直渡清河洛。却归来、再续汉阳游，骑黄鹤。

——岳飞《满江红》

JVM本地方法栈和本地方法接口

1. 本地方法接口

1.1 什么是本地方法

  1. 简单地讲，一个Native Method是一个Java调用非Java代码的接囗。一个Native Method是这样一个Java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。

    • "A native method is a Java method whose implementation is provided by non-java code."–本地方法是一个非Java的方法，它的具体实现是非Java代码的实现。

  2. 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. 本地接口的作用是融合不同的编程语言为Java所用，它的初衷是融合C/C++程序。

image-20200706164139252

1.2 代码举例说明Native方法是如何编写

需要注意的是：标识符native可以与其它java标识符连用，但是abstract除外。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
/**
 * 本地方法

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

1.3 为什么使用Native Method？

Java使用起来非常方便，然而有些层次的任务用Java实现起来不容易，或者我们对程序的效率很在意时，问题就来了。

与Java环境的交互

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。

与操作系统的交互

JVM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，它经常依赖于一底层系统的支持。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。

Sun’s Java

Sun的解释器是用C实现的，这使得它能像一些普通的C一样与外部交互。jre大部分是用Java实现的，它也通过一些本地方法与外界交互。例如：类java.lang.Thread的setPriority（）方法是用Java实现的，但是它实现调用的是该类里的本地方法setPriority（）。这个本地方法是用C实现的，并被植入JVM内部，在Windows 95的平台上，这个本地方法最终将调用Win32 setPriority（）ApI。这是一个本地方法的具体实现由JVM直接提供，更多的情况是本地方法由外部的动态链接库（external dynamic link library）提供，然后被JVM调用。

现状

目前该方法使用的越来越少了，除非是与硬件有关的应用，比如通过Java程序驱动打印机或者Java系统管理生产设备，在企业级应用中已经比较少见。因为现在的异构领域间的通信很发达，比如可以使用Socket通信，也可以使用Web Service等等，不多做介绍。

2. 本地方法栈

  1. Java虚拟机栈于管理Java方法的调用，而本地方法栈用于管理本地方法的调用。

  2. 本地方法栈，也是线程私有的。

  3. 允许被实现成固定或者是可动态扩展的内存大小。（在内存溢出方面是相同的）

    • 如果线程请求分配的栈容量超过本地方法栈允许的最大容量，Java虚拟机将会抛出一个 StackOverflowError 异常。

    • 如果本地方法栈可以动态扩展，并且在尝试扩展的时候无法申请到足够的内存，或者在创建新的线程时没有足够的内存去创建对应的本地方法栈，那么Java虚拟机将会抛出一个OutoOfMemoryError异常。

  4. 本地方法是使用C语言实现的。

  5. 它的具体做法是Native Method Stack中登记native方法，在Execution Engine 执行时加载本地方法库。

image-20200706174708418

  1. 当某个线程调用一个本地方法时，它就进入了一个全新的并且不再受虚拟机限制的世界。它和虚拟机拥有同样的权限。

    • 本地方法可以通过本地方法接口来访问虚拟机内部的运行时数据区。

    • 它甚至可以直接使用本地处理器中的寄存器。

    • 直接从本地内存的堆中分配任意数量的内存。

  2. 并不是所有的JVM都支持本地方法。因为Java虚拟机规范并没有明确要求本地方法栈的使用语言、具体实现方式、数据结构等。如果JVM产品不打算支持native方法，也可以无需实现本地方法栈。

  3. 在Hotspot JVM中，直接将本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

☆