JVM本地方法接口

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什么是本地方法？

简单地讲，一个Native Method就是一个Java调用非Java代码的接口。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所持有,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.”
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。
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。

为什么要使用 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环境外交互
    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,它经常依赖于一些底层系统的支持。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。

本地方法栈

“栈管运行，堆管存储”

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

允许被实现固定或者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 outOfMemoryError异常。

本地方法是使用C语言实现的。

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。

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在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。

并不是所有的JVM都支持本地方法。因为Java虛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。

在Hotspot JVM中， 直接将本地方法栈和虚拟机栈合二为一。