JNI 对象在函数调用中的生命周期

恽 益群 ([e-mail] ), 软件工程师, IBM

简介：  Java 本地编程接口（Java Native Interface，JNI） 易懂且容易上手，但对于一些新手甚至于一些中级开发者，在编程中都没有把 JNI 对象的生命周期考虑在内。以至于经常碰见莫名的 Crash，或者 segmentation fault。在花费了相当精力去调试后，才发现是 JNI 对象使用不当，当初保存的 JNI 对象已经被系统回收，却仍试图去使用之。本文结合实际开发中遇到的此类问题，讲述和强调了 JNI 对象生命周期的概念，并提出正确的解决方法，希望能和读者分享自己的经验和教训。

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发布日期：  2007 年 12 月 06 日
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问题

在 JNI 编程中常需要从一个普通的 C/C++ 函数中调用 JNI 方法，比如：

long  ProcessKeyboardEventInJava(int keyboardEvent)
{	
    long    error = 0;
    JNIEnv*    env = g_env;
    jclass    that = g_class;
    jmethodID    mid = g_mid;
    …	…	
    error  = env->CallStaticIntMethod(that, mid, keyboardEvent);

    return error;
}

 

ProcessKeyboardEventInJava 只是个普通的 C 函数，目的是把参数中的键盘事件交给 Java 代码处理。它并没有 JNI 参数，却需要调用一个 JNI 方法。那么调用所必需的参数 JNIEnv ，jclass 和 jmethodID ，是如何获得呢？从上面的代码中可以看出，它们来自保存的全局变量 g_env ，g_class 和 g_mid 。这样做对么？安全么？也许这段代码在某种情况下，实现了软件的需求，成功地执行了 Java 的函数，处理了这个键盘事件。在这种情况下，设计者很清楚，也深信 ProcessKeyboardEventInJava 只会在某个 Native 函数返回前被调用。对应的场景代码应该是这样的：

JNIEnv * g_env;
jclass g_class;
jmethodID g_mid;

JNIEXPORT jint JNICALL Java_SampleTest_init (JNIEnv *env, jclass cls)
{	
	
    g_class = cls;
    g_env = env;	
    g_mid = env->GetStaticMethodID(cls, "ProcessKeyboardEventInJava", "(III)I");
    while(true)
    {
        ….
        long error;
        error = ProcessKeyboardEventInJava(theEvent)
        ….
    }

}
			

 

但万一 ProcessKeyboardEventInJava 在 Java_SampleTest_init （以下简称 init ）返回后的其他时机被调用了，会怎样呢？那时可就没有这么幸运了，初衷是肯定达不到了，而发生 crash 或者 segmentation fault 这类错误则几乎是一定的。事实上，如上设计，ProcessKeyboardEventInJava 也只允许在 init 函数中被调用。在其返回后被调用，就不合法了。所以，如果你是这个设计师，之前的设计中，是不是这个假设也有些太乐观了呢？

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分析

调用者本来以为这个函数能帮他的大忙，现在却疑惑了，到底发生了什么？做错了什么呢？

原因其实很简单，上面三个全局变量中的 g_class 已经是非法的了，生命周期在退出 init 之后就结束了。

这里要澄清的是 g_mid ，由于它不是一个 jobject，所以只要它对应的 class 没有被卸载，在退出 init 之后仍可以使用，没问题；而 g_env 对于同一个 thread 来说，它是唯一的，所以只要是 init 和 ProcessKeyboardEventInJava 处于一个 thread，初始化后它的值在这个 thread 没有中止之前，都一直是合法的。

那如何才能解决 g_class 的非法引用带来的问题呢？

这首先涉及到 Java 和 Native 代码之间函数调用时，参数如何传递的问题。简单类型，也就是内置类型，比如 int, char 等是值传递（pass by value），而其它 Java 对象都是引用传递（pass by reference），这些对象引用由 JVM 传给 Native 代码，每个都有其生命周期。

其次，Java 对象的生命周期是由它的引用类型决定的，这里的引用分两种：local reference 和 global reference。Native 函数参数中 jobject 或者它的子类，其参数都是 local reference。Local reference 只在这个 Native 函数中有效，Native 函数返回后，引用的对象就被释放，它的生命周期就结束了。若要留着日后使用，则需根据这个 local reference 创建 global reference。Global reference 不会被系统自动释放，它仅当被程序明确调用 DeleteGlobalReference 时才被回收。

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解决

于是解决的办法就出来了：

在 init 函数中，不是简单地把 jcalss 参数保存，而是：

JNIEXPORT jint JNICALL Java_SampleTest_init (JNIEnv *env, jclass cls)
{

    ….
    g_class= (jclass)(env->NewGlobalRef(cls));
    ….
}
			

 

这样，无论 ProcessKeyboardEventInJava 是在 init 返回前还是返回后，调用它都是安全的，可行的了。

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总结

若要在某个 Native 代码返回后，还希望能继续使用 JVM 提供的参数（比如 init 函数中的 jclass）, 或者是过程中调用 JNI 函数的返回值（比如 g_mid），只要它是一个 jobject， 则需要为它创建一个 global reference，以后只能使用这个 global reference；若不是一个 jobject，则无需这么做。

jclass 是由 jobject public 继承而来的子类，所以它当然是一个 jobject，需要创建一个 global reference 以便日后使用。而 jmethodID/jfieldID 与 jobject 没有继承关系，它不是一个 jobject，只是个整数，所以不存在被释放与否的问题，可保存后直接使用。JNIEnv 对于每个 thread 而言是唯一的，不能也不需要对它调用 NewGlobalReference。

 

参考资料

学习

• “Global and Local References ”：Sun Java 文档中关于 JNI 的规范说明 。
  
  
• “Linux on POWER 的 JNI 编程实例 ”（developerWorks，2005 年 3 月）：通过一些简化的示例描述了重要的 Java 本地接口（Java Native Interface，JNI）编程概念。
  
  
• “在 Linux 平台下使用 JNI ”（developerWorks，2002 年 10 月）：简要介绍了 JNI 调用规范，及常用函数。
  
  
• “教程：用 JNI 进行 Java 编程 ”（developerWorks，2002 年 6 月）：介绍了 JNI 编程的基础知识。
  
  
• developerWorks ：数百篇关于 Java 编程各方面的文章。
  
  

讨论

• developerWorks blogs ：加入 developerWorks 社区。
  
  

关于作者

恽 益群，IBM 中国软件开发中心软件工程师，专注于 Mac 平台上基于 Carbon C/C++ 和 Eclipse 的 Lotus Notes 开发。熟悉 Mac OS X，Carbon/Cocoa 开发接口以及此平台下的开发环境 XCode，Eclipse。