将Java程序转换为Windows服务

一、概述

    现在Java语言越来越受到程序员的关注。和Java相关的应用也越来越多。虽然Java是跨平台语言，但在国内有很多的应用都是运行在Windows下的。尤其是一些服务类程序。而一般基于Java的服务类程序都是以控制台方式运行的。这样虽然很直接。但如果服务程序多了，显得很乱。而且要使其在系统启动时运行也比较麻烦。因此，本文将介绍一种可以将Java程序转换为Windows服务的方法。通过这种方法。可以使Java程序象Windows服务程序一样运行。下面就让我们来进行转换吧。

    一般有两种方法可以将Java程序转换为Windows服务：

    1. 使用Windows服务直接在同一个进程运行Java应用程序。（这种方法服务程序无法更好地控制Java程序）。

    2. 在Windows服务程序中建立一个java虚拟机实例(JVM)，这个JVM实例和服务程序在同一个上下文中，而且JVM在Windows服务程序的控制之下。

    第一种方法虽然实现起来简单，但这种方法不能很好地控制Java程序。因此，本文使用了第二种方法来运行Java程序。本文将带领读者一步一步地实现所有的内核代码。在实现代码之前，我们需要很好地了解Windows服务和Java本地接口(JNI)的概念和API的使用。

二、使用JVM API模拟Java运行时

    由于Windows任务管理器将所有的Java进程都显示为"Java"，因此，我们根本无法通过这种方式区分某一个Java进程。为了给每一个Java应用程序指定一个特殊的名子。我们需要使用JVM API来模拟Java运行时。

下面先来看看Java运行时(也就是java.exe)在运行时需要些什么。当我们使用java <类名>来运行java程序时，java.exe从系统路径动态装载了一些DLL库。这些Dll如下：
 
1.       java\jdk\jre\bin\client\jvm.dll
这个dll提供了JVM所需要的API。一但我们建立了一个JVM，jvm.dll就会依次装载所需的Dll，这些Dll如下：

2. java\jdk\jre\bin\hpi.dll
3. java\jdk\jre\bin\verify.dll
4. java\jdk\jre\bin\java.dll
5. java\jdk\jre\bin\zip.dll

    下面是java.exe如何处理Dll的过程：
 
1. 装载JVM Dll。
2. 建立一个JVM。
3. 装载指定的Java类。
4. 调用main方法，也就是public static void main (String[] args)。

我们可以使用在jni.h中定义的JNI_CreateJavaVM方法来建立一个JVM实例。我们可
以在JDK的安装目录中找到jni.h。
 
    下面是一个简单的Java程序，在控制台中打印出"Hello World"。

package com.test;
public class Hello{
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Hello World");
}
}

下面是使用JNI来模拟java.exe的例子代码。在这里我们使用动态装载jvm.dll方法，而不是静态绑定jvm.lib。这样会更有弹性，如可以自由地选择java的版本。代码如下：
 
int InvokeMain() {
       JavaVM *vm;
       JavaVMInitArgs vm_args;
       JavaVMOption options[1];
       jint res;
       JNIEnv *env;
       jclass cls;
       jmethodID mid;
 
       options[0].optionString = CLASS_PATH;
       vm_args.version = JNI_VERSION_1_4;   // 设置JDK的版本
       vm_args.options = options;
       vm_args.nOptions = 1;
       vm_args.ignoreUnrecognized = JNI_FALSE;
 
       //装载jvm.dll
       HINSTANCE handle = LoadLibrary(RUNTIME_DLL);
       if( handle == 0) {
              printf("Failed to load jvm dll %s\n",
                     RUNTIME_DLL);
              return -1;
       }
    // 得到JNI_CreateJVM指针

       createJVM = (CreateJavaVM)GetProcAddress(handle,
                     "JNI_CreateJavaVM");
 
       res = createJVM(&vm, (void **)&env, &vm_args);
       if (res < 0) {
              printf("Error creating JVM");
              return -1;
       }
 
       // 装载指定的类
       cls = env->FindClass(CLASS_NAME);
       if(cls == 0) {
              printf("Exception in thread \"main\"
                     java.lang.NoClassDefFoundError: %s\n",
                            CLASS_NAME);
              return -1;
       }
       //得到main方法
       mid = env->GetStaticMethodID(cls, "main",
              "([Ljava/lang/String;)V");
       if(mid == 0) {
              printf("Exception in thread \"main\"
                     java.lang.NoSuchMethodError: main\n");
              return -1;
       }
 
    // 调用main方法（不传递参数）
       env->CallStaticVoidMethod(cls, mid, 0);
    // 如果程序抛出异常，打印它
       if(env->ExceptionCheck()) {
              env->ExceptionDescribe();
              return -1;
       }
       return 0;
}

    在装载com.test.Hello时，我们必须使用"/"分割符（如com/test/Hello）。还有我们需要理解JNI调用Java方法的格式。如，为了调用void main(String[] args)方法，格式为：([Ljava/lang/String;)V:，"["表示数组；"L<classname>;"描述一个Java对象，V表示这个方法返回void。我们可以从JNI规范得到更多的细节。本文不再详细描述。
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三、集成JNI和Windows服务API

    为了演示Windows服务的功能，我在这设计了一h个叫Dummy的Java类。这个类在main方法等待一个停止事件。并实现了shutdown方法，在这个方法里设置并调用了stop事件。这将保证main线程安全地退出。在Dummy类中还实现了shutdown钩子，这个钩子主要给java.exe使用。Dummy.java的代码如下：

import java.io.*;

public class Dummy...{
    public static Dummy xyz = null;

    private boolean stopped = false;
    public static PrintWriter pw;

    public Dummy() throws IOException ...{
        pw = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(
            new FileOutputStream("C:\\dummy.log")), true);
    }

    public void start() ...{
        pw.println("started");
        while(!stopped) ...{
            synchronized(this) ...{
                try ...{
                    wait();
                } catch (InterruptedException ie) ...{}
            }
        }
        pw.println("stopped");

    }

    public void stop() ...{
        pw.println("stopping");
        synchronized(this) ...{
            stopped = true;
            notifyAll();
        }
        try ...{
            Thread.sleep(1000);
        } catch(Exception ex)...{}
    }

    public static void main(String[] args) ...{
        try ...{
            xyz = new Dummy();
            Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread() ...{
                public void run() ...{
                pw.println("inside shutdown hook");
                    xyz.stop();
                }
            });
            xyz.start();
        } catch (Exception ex) ...{}
    }

    public static void shutdown() ...{
        xyz.stop();
    }
}

典型的Windows服务（除了设备驱动服务外）是由服务控制管理器（SCM，也就是众所周知的services.exe进程）按着服务进程创建和管理的。一个单独的进程包含有多个服务。但在本文的例子中一个服务进程只包含一个JVM实例服务。

    我们可以使用如下的API在SCM中安装一个服务：
 
SC_HANDLE schSCManager = OpenSCManager(..),
SC_MANAGER_CREATE_SERVICE);
SC_HANDLE schService = CreateService(..)
 
也可以使用如下的API来卸载Windows服务程序：

SC_HANDLE schSCManager = OpenSCManager(.., SERVICE_ALL_ACCESS);
SC_HANDLE schService = OpenService( schSCManager, ..);
DeleteService(schService)

    为了启动服务，我们需要使用StartServiceCtrlDispatcher来注册ServiceMain函数。这个ServiceMain函数包含了我们的主要功能。在我们的例子中，就是InvokeMain函数。接下来，调用RegisterServiceCtrlHandler(SERVICE_NAME, ServiceHandler);，这个函数注册一个Handler，并从SCM接收响应的命令。为了防止由于JVM崩溃而导致整个服务瘫痪，我们在另外一个线程里调用InvokeMain方法。上面的程序被写在DummyService.cpp中，通过VS2005将其编译成DummyService.exe。上面的代码可以通过点击此处下载

    接下来我们使用如下的命令来安装、启动、停止以及卸载Windows服务：
 
DummyService /i   // 安装服务
net start DummyService    // 启动服务
net stop DummyService    // 停止服务
DummyService /u   // 卸载服务

    上面的程序只是使用了最小的配置。其实要想充分使用JNI，得需要使用很多参数。一般需要至少15至20个配置参数。下面是在定制满足我们需要的程序的配置参数：
 
1. Windows服务参数：
(1) 服务名
(2) 演示名
(3) 描述
     (4) 执行路径
(5) 启动类型（自动/手动）
(6) 在注册中被保存的参数
     (7) 工作目录
(8) 存在于每个进程的服务或在单进程中的许多服务
     (9) 和桌面交互的选项（如果服务有一个UI接口）
     (10) 登录用户名和密码(当使用用户帐号或本地系统帐号来运行服务时需要)

2. 和Java应用相关的参数：

(11) jvm.dll的路径
(12) JVM选项(-D, -X)
     (13) 类名
(14) 命令行参数
     (15) 关闭超时

3. 日志参数：

(16) 事件日志和文件日志
(17) 用于重定向输入、输出的参数

    我们可以根据具体的要求选择使用哪些参数。我们可以将这些参数保存在被推荐的注册表的位置：HKLM\System\CurrentControlSet\[Service Name]\Parameters. 中。

1四、安全地退出Java程序

    我们首先调用System.exit(0)来退出程序。虽然这个方法同时调用了所有的shutdown钩子，也试着关闭JVM。但它在清除和用于和SCM建立的Windows服务通讯的管道时抛出异常。这些错误信息如下：

System error 109 has occurred.
     The pipe has been ended.

    因此，本文采用了更好的方式来关闭服务，也就是实现shutdown方法，并调用它。我建议在线程中使用public static void shutdown()方法（如果这个方法被实现的话），并设置一定的超时，如20秒。这将防止服务如果shutdown方法未返回而收到未响应的信息。但要保证这个超时比系统超时少，否则SCM将终止我们的服务进程。
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