动手打造自己的跨语言异构模块通信解决方案-白红宇

动手打造自己的跨语言异构模块通信解决方案

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发布时间：2019-06-13

本文共 30461 字，大约阅读时间需要 101 分钟。

　　目前主流的跨语言异构模块通信方案有很多种，比如：

　　1、跨语言的RPC调用（Apache Thrift）：它是Facebook贡献给Apache基金会的开源项目，旨在构建跨语言平台的通信方案。目前它支持非常多种语言，其中当然包括C/C++和Java。Thrift内置一个语言编译器，可以根据Thrift的语法规范，编译生成指定语言的RPC调用模块，功能也是非常的强大。Thrift的语法规范里面定义了数据类型、数据模块结构，有点类似WebService里面的WSDL文件。通过Thrift，我们就可以实现跨语言的异构模块间的通信。

　　2、Google Protobuf：功能上支持C/C++和Java的语言绑定，基于对象消息的序列化、反序列化技术。性能好，效率高。proto文件生成目标语言代码，就可以实现跨语言的模块通信。当然，还有一个和Google Protobuf类似的Apache开源项目Avro，也能达到这个目标。

　　3、FCGI服务方式：全称为FastCGI，CGI的升级版本。支持HTTP协议对其进行访问，而CGI（ Common Gateway Interface）通用网关接口，本身也只是一种接口协议，它目前有支持C/C++语言的版本库。值得注意的是：FCGI、CGI本身要通过Web服务器进行消息转发方式才能被调用。常见的Web服务器有：Apache、Nginx等等。具体的调用过程是：Web服务器接收到客户端的请求之后，通过标准输入流的方式把数据送给FCGI、CGI服务，FCGI、CGI服务计算、运行之后，把结果通过标准输出流的方式返回给客户端，因此，理论上只要能操作标准输入流、标准输出流的语言都支持FCGI、CGI服务方式实现。通过上面的分析，跨语言的调用也简单了。即通过C/C++把主要的业务功能模块，封装成FCGI、CGI服务。然后Java利用HTTP协议，通过Web服务器转发到FCGI、CGI服务上，就能满足跨语言模块通信的要求。

　　当然，还有其它很多种跨语言的通信方式，在此，我就不一一举例了。

　　由于本人工作的需要，要将目前在用的一些关键业务模块，移植到Java平台下面。因为原来的大多数业务模块是用C/C++语言实现的，而且涉及的逻辑比较复杂，直接迁移到Java平台下面，开发、迁移难度不小，而且还要涉及全量的功能性覆盖测试。对于开发、测试工作能力的要求比较高。那么，除了上述归纳的跨语言通信方案之外，还有没有一种便捷、灵活的方案，能无缝的衔接Java和C/C++两种业务功能模块呢？虽然，本人还未达到上述成熟开源跨语言通信框架设计者，高屋建瓴般的能力。但是，可以基于一些成熟开源框架的设计思路、以及功能模块，完全可以打造一个，全新的跨语言异构模块通信解决方案。下面，我就重点跟大家介绍一种，基于JNA（Java Native Access）技术和C/C++异构模块通信的解决方案。

　　本文的灵感，主要来自于Thrift、BGCC（百度开源的Java/C++跨语言通信框架，网址为：）中，对于跨语言生成的模块，可以通过特定的语法规范进行定制编写（当然，WebService里面也有类似的做法，比如WSDL、IDL等等）。以及，通过一些总结归纳发现：利用JNA技术对于某些特定场景的C/C++函数模块访问形式，可以抽象提取出，某种固定的代码编写策略，于是乎，诞生了本篇文章。

　　说到JNA，就不得不提起JNI（Java Native Interface）。JNI作为Java平台的组成部分，它允许Java代码，和其它语言编写的代码模块进行交互。JNI一开始就设计成为本地语言，尤其是为C/C++模块通信所设计的。利用JNI，Java可以和本地环境中，已经编译的代码模块进行交互。首先，Java可以通过JNI调用本地的C/C++模块组件，另外一方面，本地的C/C++代码模块也可以调用Java代码。

　　说完了JNI，继续说一下JNA。JNA（Java Native Access）是一个开源的Java框架，它的官方网址是：，最早是由SUN公司主导开发的，建立在JNI基础之上的一个开源框架。它简化了JNI开发中很多繁琐的步骤，可以认为：JNA是JNI抽象层次更高的封装。利用JNA，我们只要在Java的接口中，描述目标C/C++的函数模块和数据结构，JNA就会自动实现Java接口到C/C++函数模块和数据结构的映射关系，简化了开发的步骤，降低了JNI开发的难度。本文中涉及的jna.jar可以去上述官网下载使用，下载地址：。

　 JNA技术访问C/C++异构模块的方式

　　JNA是直接通过和C语言方式的API进行通信访问的。所以，如果你要利用JNA和C++通信访问的话，没有问题，但是要把C++面向对象的模块，再封装出C风格的函数即可。综上所述，利用JNA可以直接和C/C++模块进行交互通信。

　 JNA访问C/C++异构模块策略

　　最常见的情况可以看下面的图例说明。

　　1、情况A是最常见的情况：C语言的函数模块是常见数据类型集合。这里所谓的C语言常见数据类型（原生数据类型Primitive）是指：int、float、double、char*、int*等等原生数据类型、原生数据指针类型所构成的函数模块。

　　2、情况B是另外一种情况：C的函数模块涉及到一些数据模型结构，也就是C里面的结构体类型struct。结构体是由纯粹的C原生数据类型、原生数据指针类型构成的。本文中，由于要和C++模块进行通信，所以JNA/C++访问模块生成器，优先考虑一种，比较通用的生成策略：它的C函数的伪代码，表示为:void function(struct* pInArray,struct* pOutArray);其中pInArray表示待处理的结构体数组，而pOutArray表示处理后的结构体数组。

　　3、情况C是指：结构体类型struct里面嵌套其它的结构体，组成复合数据类型的情况。

　　4、情况D是指：除了情况A、B、C之外的其它种情况。不过很多种情况，都可以间接通过情况B，进行适配转换。所以，本文的例子，也是基于情况B，进行开发设计的。

　 JNA/C++访问模块生成器设计思路

　　先来看下，JNA/C++访问模块生成器设计思路的脑图：

　　1、支持C/C++数据对象配置可定制化

　　由于是基于上述JNA访问C/C++异构模块策略B的情况。因此要对访问的模块结构类型进行描述。对应的描述文件名为JNA.xml，该文件内容描述如下：


       
      
       Java访问模块的包名
        
      
       模块名称
        
          
             
        
         模块属性名称
              
        
         模块属性类型
            
           
             
        
         模块属性名称
              
        
         模块属性类型

其中，package节点表示对应生成Java访问模块的包名；module表示要访问的模块名称；struct节点下面，包含若干attr节点。attr节点的name表示模块某个属性的名称；attr节点的type表示模块某个属性的类型（目前只支持整型int/字符型string），上述JNA.xml对应的类图结构为：

其中，JNAModule结构体（JNA模块属性）是和JNA.xml配置文件的内容一一对应。另外一个JNAConfig模块（属性配置管理）是负责解析JNA.xml模块信息配置文件，生成对应的JNA访问模块代码和C++访问模块代码。

　　2、JNA访问C/C++异构模块策略可配置

　　目前设计的JNA访问C/C++异构模块策略只支持情况B，因此在JNA.xml配置文件中，没有体现模块策略规则属性，后续可以扩展完善。

　　3、自动生成JNA访问模块代码

　　对应的类模块为：void JNAConfig::genJNAModule(JNAModule& module)中的JNA c++ 文件头模块定义、JNA c++ 文件实现模块定义部分。

　　4、自动生成C/C++访问模块代码

　　对应的类模块为：void JNAConfig::genJNAModule(JNAModule& module)中的JNA java 模块定义模块定义部分。

　　现在给出完整的代码实现，首先是JNA/C++访问模块生成器的头文件（C++实现）JNA.h

/** * @filename:JNA.h * * Newland Co. Ltd. All rights reserved. *  * @Description:JNA接口生成模块定义 * @author tangjie * @version 1.0 *  */#ifndef __JNA_H__#define __JNA_H__#ifdef WIN32#include 
     
      #include 
      
       #endif#include 
       
        #include 
        
         #include 
         
          #include 
          
           using namespace std;#include 
           
            #include 
            
             #include 
             
              #include 
              
               #include 
               
                #include 
                
                 using namespace boost;//JNA 字段名称以及字段类型，目前类型暂支持int/stringstruct JNAAttr{ string attrName; int attrType; enum AttrType { INT, STRING }; int getAttrType() const { return attrType; }};//JNA 模块属性包含模块名称/包名。聚合若干JNAAttr。struct JNAModule{ string packageName; string moduleName; deque
                 
                   lstAttr;};//JNA 属性配置管理class JNAConfig{public: JNAConfig(); bool load(JNAModule& module); void genJNAModule(JNAModule& module);private: string getConfigFilePath(); string getConfigFile();};#endif // (!__JNA_H__)

　　其次是JNA/C++访问模块生成器的源文件（C++实现）：JNA.cpp

/** * @filename:JNA.cpp * * Newland Co. Ltd. All rights reserved. *  * @Description:JNA接口生成模块实现 * @author tangjie * @version 1.0 *  */#include "stdafx.h"#include "JNA.h"//JNA模块实现部分JNAConfig::JNAConfig(){}void JNAConfig::genJNAModule(JNAModule& module){    string moduleName = module.moduleName;    if(moduleName.empty()) return;    //JNA c++ 文件头模块定义    {        string macro = to_upper_copy(module.moduleName);        boost::filesystem::path p(".\\"+moduleName+"Processor.h");        boost::filesystem::ofstream ofs(p.string().c_str());        ofs<<"#ifndef __"<
     
      <<"PROCESSOR_H__"<
      
       \n#include 
       
        \n#include 
        
         \nusing namespace std;"<
         
          <
          
            input);\n static int getResultSize(){return output.size();}\n static deque<"<
           
            <<"> getResult(){return output;}\n\n protected:\n static deque<"<
            
             <<"> output;\n };\n\n //C Stype API for JNA invoke\n void "<
             
              <
              
               <<"Processor("<
               
                <<"* p"<
                
                 <<","<
                 
                  <<"** pp"<
                  
                   <<",int num"<
                   
                    <<");\n"<
                    
                     ::iterator iter = find_if(module.lstAttr.begin(),module.lstAttr.end(),boost::bind
                     
                      (std::equal_to
                      
                       (),JNAAttr::STRING,boost::bind(&JNAAttr::getAttrType, _1))); if(iter != module.lstAttr.end()) { existTypeString = true; } boost::filesystem::path p(".\\"+moduleName+"Processor.cpp"); boost::filesystem::ofstream ofs(p.string().c_str()); ofs<<"#include \""<
                       
                        <<"Processor.h\"\n"<
                        
                          "<
                         
                          <<"Processor::output;\n"<
                          
                            input)\n{\n if(input.empty()) return;\n\n copy(input.begin(),input.end(),std::back_inserter(output));\n}\n"<
                           
                             list(p"<
                            
                             <<",p"<
                             
                              <<"+num"<
                              
                               <<");\n\n "<
                               
                                <<"Processor processor;\n\n processor.calcRule(list);\n\n deque<"<
                                
                                 <<"> result = "<
                                 
                                  <<"Processor::getResult();\n int number = result.size();\n\n *pp"<
                                  
                                   <<" = ("<
                                   
                                    <<"*)malloc(sizeof("<
                                    
                                     <<") * number);\n\n memset(*pp"<
                                     
                                      <<", 0, sizeof("<
                                      
                                       <<") * number);\n\n for(int i = 0;i
                                       
                                         result = "<
                                        
                                         <<"Processor::getResult();\n"<
                                         
                                           list,\n ArrayList
                                          
                                           <
                                           
                                            <<"Struct> listResult) {\n JNALibrary library;\n JNALibrary."<
                                            
                                             <<"Struct.ByReference ref"<
                                             
                                              <<" = null;\n\n PointerByReference refPtrVal;\n\n try {\n library = (JNALibrary) Native.loadLibrary(\n \"../src/lib"<
                                              
                                               <<"Processor.so\", JNALibrary.class);\n ref"<
                                               
                                                <<" = new JNALibrary."<
                                                
                                                 <<"Struct.ByReference();\n refPtrVal = new PointerByReference();\n } catch (UnsatisfiedLinkError e) {\n System.out.println(\"JNA invoke error\");\n library = (JNALibrary) Native.loadLibrary(\n \"./lib"<
                                                 
                                                  <<"Processor.so\", JNALibrary.class);\n ref"<
                                                  
                                                   <<" = new JNALibrary."<
                                                   
                                                    <<"Struct.ByReference();\n refPtrVal = new PointerByReference();\n }\n\n JNALibrary."<
                                                    
                                                     <<"Struct[] array = (JNALibrary."<
                                                     
                                                      <<"Struct[]) ref"<
                                                      
                                                       <<"\n .toArray(list.size());\n"<
                                                       
                                                        ("jna.package"); module.moduleName = pt.get
                                                        
                                                         ("jna.module"); //加载解析JNA模块字段定义 { BOOST_AUTO(child, pt.get_child("jna.struct")); for (BOOST_AUTO(pos, child.begin()); pos != child.end(); ++pos) { BOOST_AUTO(child_paths, pos->second.get_child("")); JNAAttr attr; int i = 0; for (BOOST_AUTO(pos_paths, child_paths.begin()); pos_paths != child_paths.end(); ++pos_paths,++i) { if(i%2 == 0) { attr.attrName = pos_paths->second.data(); } else { attr.attrType = to_lower_copy(string(pos_paths->second.data())).compare("string") ? JNAAttr::INT : JNAAttr::STRING; } } module.lstAttr.push_back(attr); } } return true; } catch(const std::exception& e) { fprintf(stderr, "%s\n", e.what()); return false; } catch(...) { fprintf(stderr, "Unexpected exception.\n"); return false; }}//获取配置文件路径信息string JNAConfig::getConfigFile(){ return getConfigFilePath().append(".xml");}string JNAConfig::getConfigFilePath(){ string result; char path_buffer[_MAX_PATH + 1] = { 0}; char drive[_MAX_DRIVE + 1] = { 0}; char dir[_MAX_DIR + 1] = { 0}; char fname[_MAX_FNAME + 1] = { 0}; char ext[_MAX_EXT + 1] = { 0}; ::GetModuleFileNameA(NULL, path_buffer, sizeof(path_buffer) - 1); _splitpath(path_buffer, drive, dir, fname, ext); result += drive; result += dir; result += fname; return result;}

　　通过VS2010，编译生成目标应用程序JNA.exe，然后把定义好的JNA.xml模块描述文件，放在JNA.exe的同一个目录下面。比如，我要通过JNA访问C++模块名称为MobileUser（手机用户），对应的Java访问模块的包名：newlandframework.jna.businessrule。模块属性为：手机用户归属地市homeCity、手机用户网龄（即手机号码使用年限）netAge，类型为整型int；手机号码msisdn、用户姓名name，类型为字符型string。综上得到如下的模块描述：


       
      
       newlandframework.jna.businessrule
        
      
       MobileUser
        
          
             
        
         homeCity
              
        
         int
            
           
             
        
         msisdn
              
        
         string
            
           
             
        
         name
              
        
         string
            
           
             
        
         netAge
              
        
         int

　　双击运行，自动生成对应的C/C++访问模块代码（MobileUserProcessor.h/cpp）、JNA访问模块代码（MobileUserProcessor.java），截图如下：

　　生成代码内容如下所列举：

　　MobileUserProcessor.h文件内容如下：

#ifndef __MOBILEUSERPROCESSOR_H__#define __MOBILEUSERPROCESSOR_H__#include 
     
      #include 
      
       #include 
       
        using namespace std;typedef struct MobileUser {    int homeCity;    char* msisdn;    char* name;    int netAge;} MobileUser;#ifdef __cplusplusextern "C" {#endif    class MobileUserProcessor {    public:        MobileUserProcessor();        void calcRule(deque
        
          input);        static int getResultSize(){
   return output.size();}        static deque
         
           getResult(){
   return output;}    protected:        static deque
          
            output; }; //C Stype API for JNA invoke void mobileUserProcessor(MobileUser* pMobileUser,MobileUser** ppMobileUser,int numMobileUser); //because use malloc/free c-api otherwise lead to memory leaks void freeMemory(MobileUser* pMobileUser);#ifdef __cplusplus}#endif#endif // (!__MOBILEUSERPROCESSOR_H__)

　　MobileUserProcessor.cpp文件内容如下：

#include "MobileUserProcessor.h"deque
     
       MobileUserProcessor::output;MobileUserProcessor::MobileUserProcessor(){    MobileUserProcessor::output.clear();}void MobileUserProcessor::calcRule(deque
      
        input){    if(input.empty()) return;    copy(input.begin(),input.end(),std::back_inserter(output));}void mobileUserProcessor(MobileUser* pMobileUser,MobileUser** ppMobileUser,int numMobileUser){    deque
       
         list(pMobileUser,pMobileUser+numMobileUser);    MobileUserProcessor processor;    processor.calcRule(list);    deque
        
          result = MobileUserProcessor::getResult();    int number = result.size();    *ppMobileUser = (MobileUser*)malloc(sizeof(MobileUser) * number);    memset(*ppMobileUser, 0, sizeof(MobileUser) * number);    for(int i = 0;i
         
           result = MobileUserProcessor::getResult();    for(int i = 0;i

　　MobileUserProcessor.java文件内容如下：

package newlandframework.jna.businessrule;import com.sun.jna.Library;import com.sun.jna.Native;import com.sun.jna.Pointer;import com.sun.jna.Structure;import com.sun.jna.Structure.ByReference;import com.sun.jna.ptr.PointerByReference;import java.util.ArrayList;public class MobileUserProcessor {    public interface JNALibrary extends Library {        public static class MobileUserStruct extends Structure {            public static class ByReference extends MobileUserStruct implements                    Structure.ByReference {            }            public int homeCity;            public String msisdn;            public String name;            public int netAge;            public MobileUserStruct() {            }            public MobileUserStruct(Pointer p) {                super(p);            }        }        public void mobileUserProcessor(MobileUserStruct.ByReference vals,                PointerByReference valsRef, int numVals);        public void freeMemory(Pointer p);    }    public static void invoke(ArrayList
     
       list,            ArrayList
      
        listResult) {        JNALibrary library;        JNALibrary.MobileUserStruct.ByReference refMobileUser = null;        PointerByReference refPtrVal;        try {            library = (JNALibrary) Native.loadLibrary(                    "../src/libMobileUserProcessor.so", JNALibrary.class);            refMobileUser = new JNALibrary.MobileUserStruct.ByReference();            refPtrVal = new PointerByReference();        } catch (UnsatisfiedLinkError e) {            System.out.println("JNA invoke error");            library = (JNALibrary) Native.loadLibrary(                    "./libMobileUserProcessor.so", JNALibrary.class);            refMobileUser = new JNALibrary.MobileUserStruct.ByReference();            refPtrVal = new PointerByReference();        }        JNALibrary.MobileUserStruct[] array = (JNALibrary.MobileUserStruct[]) refMobileUser                .toArray(list.size());        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {            array[i].homeCity = list.get(i).homeCity;            array[i].msisdn = list.get(i).msisdn;            array[i].name = list.get(i).name;            array[i].netAge = list.get(i).netAge;        }        library.mobileUserProcessor(refMobileUser, refPtrVal, array.length);        Pointer pValues = refPtrVal.getValue();        JNALibrary.MobileUserStruct refValues = new JNALibrary.MobileUserStruct(                pValues);        refValues.read();        JNALibrary.MobileUserStruct[] arrayResult = (JNALibrary.MobileUserStruct[]) refValues                .toArray(list.size());        for (JNALibrary.MobileUserStruct element : arrayResult) {            listResult.add(element);        }        library.freeMemory(pValues);    }}

　　其中C函数void mobileUserProcessor(MobileUser* pMobileUser,MobileUser** ppMobileUser,int numMobileUser);中的参数描述如下：

MobileUser* pMobileUser表示待处理的结构模块数组（一维指针）；MobileUser** ppMobileUser表示处理后的结构模块数组（二维指针）；int numMobileUser表示待处理的结构模块数组的大小。

利用JNA.exe（JNA/C++访问模块生成器）生成代码实现Java/C++通信访问

　　要实现Java和C++的跨语言通信访问，我们先来看下操作步骤：

　　现在我们根据上面的步骤一步一步来说明：

　　首先，我们完成一个简单的功能：通过Java访问模块MobileUser，Java传入待处理的MobileUser数组集合，然后C++直接简单地，把待处理数据直接拷贝返回（当然，你可以在生成代码模板的基础上，进行二次开发定制。），最后Java的客户端打印出C++返回的集合内容。

　　1、编辑JNA.xml定义通信模块信息

　　配置JNA.xml模块信息，MobileUser结构属性内容如下：


       
      
       newlandframework.jna.businessrule
        
      
       MobileUser
        
          
             
        
         homeCity
              
        
         int
            
           
             
        
         msisdn
              
        
         string
            
           
             
        
         name
              
        
         string
            
           
             
        
         netAge
              
        
         int

　　2、运行JNA.exe (JNA/C++访问模块生成器)

　　把JNA.exe和JNA.xml放在同一目录下面，双击JNA.exe生成对应的JNA访问模块、C/C++访问模块。

　　3、根据策略生成JNA访问模块

　　即JNA.exe生成的MobileUserProcessor.java代码模块。

　　4、根据策略生成C/C++访问模块

　　即JNA.exe生成的MobileUserProcessor.h/cpp代码模块。

　　5、编译C/C++访问模块并生成对应动态库

　　编译MobileUserProcessor.h/cpp代码模块得到动态库libMobileUserProcessor.so，Makefile参考如下：

GEN_SRC = $(shell ls .*.cpp)rule:MobileUserProcessor.cpp    g++ -I../inc -Wall -Wextra -pedantic -g -O2 -std=c++98 -MD -MP -c -o MobileUserProcessor.o ./MobileUserProcessor.cpp;    g++ -shared -o libMobileUserProcessor.so MobileUserProcessor.o;

　　6、编译JNA模块生成.class文件

　　编译MobileUserProcessor.java代码模块，得到.class字节码文件，参考命令如下：javac -classpath jna.jar -d . MobileUserProcessor.java ProcessMain.java。

　　7、打包JNA模块.class文件以及动态库

　　I、先到的官网下载jna.jar，然后把它解压出来。解压命令参考：jar xvf jna.jar com/

　　II、编写调用客户端ProcessMain.java，传入待处理的数据集合一共5个，手机用户名称分别为Jim、Tom、John、Dave、William，给JNA里面的C++模块MobileUserProcessor.invoke。并打印C++的处理结果。现在给出调用客户端ProcessMain.java的实现：

package newlandframework.jna.businessrule;import java.util.ArrayList;import newlandframework.jna.businessrule.MobileUserProcessor.JNALibrary;public class ProcessMain {    public ProcessMain() {    }    public static void main(String[] args) {        ArrayList
     
       list = new ArrayList
      
       ();        ArrayList
       
         listResult = new ArrayList
        
         ();        MobileUserProcessor.JNALibrary.MobileUserStruct userA = new MobileUserProcessor.JNALibrary.MobileUserStruct();        MobileUserProcessor.JNALibrary.MobileUserStruct userB = new MobileUserProcessor.JNALibrary.MobileUserStruct();        MobileUserProcessor.JNALibrary.MobileUserStruct userC = new MobileUserProcessor.JNALibrary.MobileUserStruct();        MobileUserProcessor.JNALibrary.MobileUserStruct userD = new MobileUserProcessor.JNALibrary.MobileUserStruct();        MobileUserProcessor.JNALibrary.MobileUserStruct userE = new MobileUserProcessor.JNALibrary.MobileUserStruct();        userA.homeCity = 591;        userA.msisdn = "5911000";        userA.name = "Jim";        userA.netAge = 2;        list.add(userA);        userB.homeCity = 592;        userB.msisdn = "5921000";        userB.name = "Tom";        userB.netAge = 4;        list.add(userB);        userC.homeCity = 593;        userC.msisdn = "5931000";        userC.name = "John";        userC.netAge = 5;        list.add(userC);        userD.homeCity = 594;        userD.msisdn = "5941000";        userD.name = "Dave";        userD.netAge = 5;        list.add(userD);        userE.homeCity = 595;        userE.msisdn = "5951000";        userE.name = "William";        userE.netAge = 3;        list.add(userE);                MobileUserProcessor.invoke(list, listResult);        for(int i = 0; i < listResult.size(); i++) {            System.out.println(listResult.get(i).homeCity);            System.out.println(listResult.get(i).msisdn);            System.out.println(listResult.get(i).name);            System.out.println(listResult.get(i).netAge);            System.out.println("----------------------------------------------");        }    }}

　　III、编写MANIFEST.MF文件，文件内容参考如下：

Manifest-Version: 1.0Class-Path: .Main-Class: newlandframework.jna.businessrule.ProcessMainName: com/sun/jna/Specification-Title: Java Native Access (JNA)Implementation-Title: com.sun.jnaImplementation-Version: 3.3.0Specification-Version: 3Implementation-Vendor: JNA Development TeamSpecification-Vendor: JNA Development Team

　　IV、然后把C++模块的动态库libMobileUserProcessor.so、MobileUserProcessor.java、ProcessMain.java代码模块编译出的字节码文件、jna.jar的字节码文件、MANIFEST.MF打包生成MobileUserProcessor.jar。命令参考如下：jar cvfm MobileUserProcessor.jar ./META-INF/MANIFEST.MF ./newlandframework/jna/businessrule/MobileUserProcessor.class ./newlandframework/jna/businessrule/ProcessMain.class com ../src/libMobileUserProcessor.so。

　　8、运行jar包完成跨语言通信访问

　　在终端输入：java -jar MobileUserProcessor.jar，然后运行截图如下：

　　Java程序中，送入待处理的手机用户名称：Jim、Tom、John、Dave、William，通过JNA访问C++的处理模块。正如我们预计的一样，正确打印出了处理结果。

　基于JNA.exe（JNA/C++访问模块生成器）生成代码的二次开发

　　现在我们更进一步，在原来生成的JNA/C++代码上面进行二次开发。现在业务算法要求：通过JNA调用C++的处理模块，传入MobileUser数组集合，计算出集合中网龄最大和最小的前N个排名的记录，然后，把排名结果返回，Java打印出排序结果。

　　首先，还是通过JNA.exe生成对应的JNA/C++代码模块，然后进行二次开发，根据上述的业务要求，加入处理逻辑，封装出C风格的处理模块：

　　找出手机用户MobileUser网龄最小的前topN个数据：

　　void minTopNByNetAge(MobileUser* pMobileUser,MobileUser** ppMobileUser,int numMobileUser,int topN);

　　找出手机用户MobileUser网龄最大的前topN个数据：

　　void maxTopNByNetAge(MobileUser* pMobileUser,MobileUser** ppMobileUser,int numMobileUser,int topN);

　　然后对应的代码内容如下：

　　MobileUserProcessor.h（C++）代码内容如下：

/** * @filename:MobileUserProcessor.h * * Newland Co. Ltd. All rights reserved. *  * @Description:手机用户网龄TOPN排名管理类定义 * @author tangjie * @version 1.0 *  */#ifndef __MOBILEUSERPROCESSOR_H__#define __MOBILEUSERPROCESSOR_H__#include 
     
      #include 
      
       #include 
       
        #include 
        
         #include 
         
          #include 
          
           #include 
           
            using namespace std;//JNA异构模块定义typedef struct MobileUser { int homeCity;//归属地市 char* msisdn;//手机号码 char* name;//用户名称 int netAge;//网龄} MobileUser;//比较网龄namespace std{ template<> struct less
            
              : public binary_function
             
               { bool operator()(const MobileUser& rhs1,const MobileUser& rhs2) const { return rhs1.netAge < rhs2.netAge; } };}#ifdef __cplusplusextern "C" {#endif //计算规则处理基类 class BusinessRuleProcessor { public: BusinessRuleProcessor(); virtual void calcRule(deque
              
                input) = 0; static int getResultSize(){ return output.size();} static deque
               
                 getResult(){ return output;} protected: static deque
                
                  output; }; //取网龄最小的topN class MinTopNNetAgeProcessor : public BusinessRuleProcessor { public: MinTopNNetAgeProcessor(int topN); void calcRule(deque
                 
                   input); private: int topN; }; //取网龄最大的topN class MaxTopNNetAgeProcessor : public BusinessRuleProcessor { public: MaxTopNNetAgeProcessor(int topN); void calcRule(deque
                  
                    input); private: int topN; }; //C Stype API for JNA invoke void minTopNByNetAge(MobileUser* pMobileUser,MobileUser** ppMobileUser,int numMobileUser,int topN); void maxTopNByNetAge(MobileUser* pMobileUser,MobileUser** ppMobileUser,int numMobileUser,int topN); void findTopNByNetAge(BusinessRuleProcessor* pRuleProcessor,MobileUser* pMobileUser,MobileUser** ppMobileUser,int numMobileUser); //because use malloc/free c-api otherwise lead to memory leaks void freeMemory(MobileUser* pMobileUser);#ifdef __cplusplus}#endif#endif // (!__MOBILEUSERPROCESSOR_H__)

　　MobileUserProcessor.cpp（C++）代码内容如下：

/** * @filename:MobileUserProcessor.cpp * * Newland Co. Ltd. All rights reserved. *  * @Description:手机用户网龄TOPN排名管理类实现 * @author tangjie * @version 1.0 *  */#include "MobileUserProcessor.h"//计算规则处理基类deque
     
       BusinessRuleProcessor::output;BusinessRuleProcessor::BusinessRuleProcessor(){    BusinessRuleProcessor::output.clear();}//取网龄最小的topNMinTopNNetAgeProcessor::MinTopNNetAgeProcessor(int topN):BusinessRuleProcessor(){
   this->topN = topN;}void MinTopNNetAgeProcessor::calcRule(deque
      
        input){    if(input.empty()) return;    sort(input.begin(),input.end(),less
       
        ());    int interval = (this->topN >= input.size()) ? input.size() : this->topN;    copy(input.begin(),input.begin()+interval,std::back_inserter(output));}//取网龄最大的topNMaxTopNNetAgeProcessor::MaxTopNNetAgeProcessor(int topN):BusinessRuleProcessor(){
   this->topN = topN;}void MaxTopNNetAgeProcessor::calcRule(deque
        
          input){    if(input.empty()) return;    sort(input.begin(),input.end(),not2(less
         
          ()));    int interval = (this->topN >= input.size()) ? input.size() : this->topN;    copy(input.begin(),input.begin()+interval,std::back_inserter(output));}//C Stype API for JNA invokevoid findTopNByNetAge(BusinessRuleProcessor* pRuleProcessor,MobileUser* pMobileUser,MobileUser** ppMobileUser,int numMobileUser){    deque
          
            list(pMobileUser,pMobileUser+numMobileUser); pRuleProcessor->calcRule(list); deque
           
             result = BusinessRuleProcessor::getResult(); int number = result.size(); *ppMobileUser = (MobileUser*)malloc(sizeof(MobileUser) * number); memset(*ppMobileUser, 0, sizeof(MobileUser) * number); for(int i = 0;i
            
              pRuleProcessor(new MinTopNNetAgeProcessor(topN)); findTopNByNetAge(pRuleProcessor.get(),pMobileUser,ppMobileUser,numMobileUser);}void maxTopNByNetAge(MobileUser* pMobileUser,MobileUser** ppMobileUser,int numMobileUser,int topN){ auto_ptr
             
               pRuleProcessor(new MaxTopNNetAgeProcessor(topN)); findTopNByNetAge(pRuleProcessor.get(),pMobileUser,ppMobileUser,numMobileUser);}void freeMemory(MobileUser* pMobileUser){ deque
              
                result = BusinessRuleProcessor::getResult(); for(int i = 0;i

　　MobileUserProcessor.java（Java）代码内容如下：

/** * @filename:MobileUserProcessor.java * * Newland Co. Ltd. All rights reserved. *  * @Description:手机用户网龄TOPN排名管理JNA类实现 * @author tangjie * @version 1.0 *  */package newlandframework.jna.businessrule;import com.sun.jna.Library;import com.sun.jna.Native;import com.sun.jna.Pointer;import com.sun.jna.Structure;import com.sun.jna.Structure.ByReference;import com.sun.jna.ptr.PointerByReference;import java.util.ArrayList;public class MobileUserProcessor {    public interface JNALibrary extends Library {        public static class MobileUserStruct extends Structure {            public static class ByReference extends MobileUserStruct implements                    Structure.ByReference {            }            public int homeCity;            public String msisdn;            public String name;            public int netAge;            public MobileUserStruct() {            }            public MobileUserStruct(Pointer p) {                super(p);            }        }                //网龄最大topN        public void maxTopNByNetAge(MobileUserStruct.ByReference vals,                PointerByReference valsRef, int numVals, int topN);                        //网龄最小topN        public void minTopNByNetAge(MobileUserStruct.ByReference vals,                PointerByReference valsRef, int numVals, int topN);                        //释放JNA内存模块        public void freeMemory(Pointer p);    }        //通过JNA访问调用C++的实现    public static void invoke(ArrayList
     
       list,            ArrayList
      
        listResult,int topN) {        JNALibrary library;                JNALibrary.MobileUserStruct.ByReference refMobileUser = null;                //和C++的指针的指针绑定映射，其内容为保存处理结果的首地址        PointerByReference refPtrVal;        try {            library = (JNALibrary) Native.loadLibrary(                    "../src/libMobileUserProcessor.so", JNALibrary.class);            refMobileUser = new JNALibrary.MobileUserStruct.ByReference();            refPtrVal = new PointerByReference();        } catch (UnsatisfiedLinkError e) {            System.out.println("JNA invoke error");            library = (JNALibrary) Native.loadLibrary(                    "./libMobileUserProcessor.so", JNALibrary.class);            refMobileUser = new JNALibrary.MobileUserStruct.ByReference();            refPtrVal = new PointerByReference();        }                //为了兼容JNA，用C的方式封装了C++的逻辑模块。传入给C函数的数据，在Java里面映射成数组Array        JNALibrary.MobileUserStruct[] array = (JNALibrary.MobileUserStruct[]) refMobileUser                .toArray(list.size());        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {            array[i].homeCity = list.get(i).homeCity;            array[i].msisdn = list.get(i).msisdn;            array[i].name = list.get(i).name;            array[i].netAge = list.get(i).netAge;        }                //取网龄最大的前topN移动手机用户        library.maxTopNByNetAge(refMobileUser, refPtrVal, array.length, topN);                //取网龄最小的前topN移动手机用户        //library.minTopNByNetAge(refMobileUser, refPtrVal, array.length, topN);                //其内容为处理结果数组的首地址        Pointer pValues = refPtrVal.getValue();        JNALibrary.MobileUserStruct refValues = new JNALibrary.MobileUserStruct(                pValues);        refValues.read();        JNALibrary.MobileUserStruct[] arrayResult = (JNALibrary.MobileUserStruct[]) refValues                .toArray(topN);        for (JNALibrary.MobileUserStruct element : arrayResult) {            listResult.add(element);        }                //JNA释放C++的堆内存，否则会内存泄露        library.freeMemory(pValues);    }}

　　然后，编写一个客户端ProcessMain.java传入要处理的数据，具体参考代码如下：

/** * @filename:ProcessMain.java * * Newland Co. Ltd. All rights reserved. *  * @Description:手机网龄排名JNA调用主函数 * @author tangjie * @version 1.0 *  */package newlandframework.jna.businessrule;import java.util.ArrayList;import newlandframework.jna.businessrule.MobileUserProcessor.JNALibrary;public class ProcessMain {    public ProcessMain() {    }    public static void main(String[] args) {        ArrayList
     
       list = new ArrayList
      
       ();        ArrayList
       
         listResult = new ArrayList
        
         ();                //构造一些测试用户        MobileUserProcessor.JNALibrary.MobileUserStruct userA = new MobileUserProcessor.JNALibrary.MobileUserStruct();        MobileUserProcessor.JNALibrary.MobileUserStruct userB = new MobileUserProcessor.JNALibrary.MobileUserStruct();        MobileUserProcessor.JNALibrary.MobileUserStruct userC = new MobileUserProcessor.JNALibrary.MobileUserStruct();        MobileUserProcessor.JNALibrary.MobileUserStruct userD = new MobileUserProcessor.JNALibrary.MobileUserStruct();        MobileUserProcessor.JNALibrary.MobileUserStruct userE = new MobileUserProcessor.JNALibrary.MobileUserStruct();        userA.homeCity = 591;        userA.msisdn = "5911000";        userA.name = "Jim";        userA.netAge = 2;        list.add(userA);        userB.homeCity = 592;        userB.msisdn = "5921000";        userB.name = "Tom";        userB.netAge = 4;        list.add(userB);        userC.homeCity = 593;        userC.msisdn = "5931000";        userC.name = "John";        userC.netAge = 5;        list.add(userC);        userD.homeCity = 594;        userD.msisdn = "5941000";        userD.name = "Dave";        userD.netAge = 5;        list.add(userD);        userE.homeCity = 595;        userE.msisdn = "5951000";        userE.name = "William";        userE.netAge = 3;        list.add(userE);                //取网龄最大的前3的移动手机用户        int topN = 3;                //通过JNA调用C++的逻辑处理模块        MobileUserProcessor.invoke(list, listResult, topN);                //打印处理结果        for (int i = 0; i < listResult.size(); i++) {            System.out.println(listResult.get(i).homeCity);            System.out.println(listResult.get(i).msisdn);            System.out.println(listResult.get(i).name);            System.out.println(listResult.get(i).netAge);            System.out.println("----------------------------------------------");        }    }}

　　Jim网龄2年、Tom网龄4年、John网龄5年、Dave网龄5年、William网龄3年。分别找到网龄最大的前3名用户信息和网龄最小的前3名用户信息。编译运行过程参考：利用JNA.exe（JNA/C++访问模块生成器）生成代码实现Java/C++通信访问章节。

　　然后最终的运行结果如下：

　　处理访问网龄最大的前3名用户资料：

　　处理访问网龄最小的前3名用户资料：

　　正如我们所预计的结果一样，完全正确！利用JNA我们很快的把C++模块和Java模块，有机的结合在一起了。

　写在最后

　　本文通过JNA技术，实现了Java和C/C++两种语言模块的通信调用，但是，目前仅仅实现了特定访问策略生成模块的部分代码。后续有时间，我还会继续归纳总结出，其它JNA访问策略的通用共性代码，使得上述框架变得更加灵活、通用。算是为Java/C++的跨语言通信调用，提供另外一种可行的解决方案。当然，要想继续完善上述的通信框架，对于JNA的进一步深入理解是必不可少的，希望有Geek精神的各位园友们，可以在此基础上加以改良，不断完善，让JNA为我所用。更多的JNA的技术细节大家可以参考：上面的API文档。当然，如果你具备较好的C++功底的话，理解JNA里面的一些实现方式和功能模块，会更加地得心应手。洋洋洒洒写了这么多，如果面前的你，觉得本文写得还不错，对您的学习、工作，有借鉴意义的话，可以点击“推荐”一下，举手之劳。算是对我辛苦写博客的一种肯定和鼓励吧！

　　最后，谢谢大家耐心读完整篇文章！希望我的一点儿实践和总结，对您有帮助！

转载于:https://www.cnblogs.com/jietang/p/5506373.html

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