Łączenie kodu Javy z kodem w C

�¡czenie Javy i C/C++ Sposoby ª¡czenia

Projekt ª¡czenie z VME

Jacek Bzdak

Wydziaª Fizyki PW

Spis tre±ci

1 �¡czenie Javy i C/C++Po co nam toGranica mi¦dzy ±rodowiskami

2 Sposoby ª¡czeniaJNINowy sposóbOdwzorowaniaInne

Po co nam to

Po co nam to?

Dobre powody:

Mamy jak¡± bibliotek¦ w C/C++ która na przykªadkomunikuje si¦ ze sprz¦tem i mamy w Javie ów sprz¦toprogramowa¢.

Trzeba pogada¢ z systemem operacyjnym

Zªe powody

Chcemy »eby nasz program byª szybszy. JVM jest ju» na tylewydajna »e ci¦»ko znale¹¢ kod który w C b¦dzie szybszy + s¡te» narzuty zwi¡zane z przej±ciem bariery: Java � C.

Po co nam to

Po co nam to?

Dobre powody:

Zªe powody

Po co nam to

Po co nam to?

Dobre powody:

Zªe powody

Po co nam to

Po co nam to?

Dobre powody:

Zªe powody

Po co nam to

Po co nam to?

Dobre powody:

Zªe powody

Granica mi¦dzy ±rodowiskami

Granica

Generalnie przej±cie mi¦dzy kodem wykonywanym napisanym wdwóch j¦zykach jest kªopotliwe wynika to z:

Mo»liwej innej reprezentacji typów wbudowanych.

Po obu stronach mog¡ istnie¢ ró»ne typy wbudowane (Java nieu»ywa typów unsigned)

Innej pami¦ciowej reprezetacji typów zªo»onych � tablice Javypami¦taj¡ swój rozmiar (rombn¡¢ mo»e si¦ te» np. bytealignment stuktur)

Ró»nego zarz¡dzania pami¦ci¡ � po stronie Javy pami¦¢ jestzarz¡dzana przez GC, po stronie C przez programiste. GC niemo»e wiedzie¢ co kod C robi z pami¦ci¡ (ten sam problem jestprzy wi¡zaniu .Net � C)

Ró»ne procesy mog¡ mie¢ ró»ne prawa dost¦pu do pami¦ci...

Granica

Granica cd.

Tak na prawd¦ sprowadza si¦ to do jednej rzeczy:

Wszystkie zmienne musz¡ by¢ kopiowane przy przej±ciu zjednej strony na drug¡

Powoduje to pewne narzuty

Granica cd.

W JVM wbudowany jest mechanizm JNI (Java Native Interface).Pozwala on zadekrarowanie funkcji jako native i dostarczenie ichde�nicji w postaci skompilowanej biblioteki napisanej w C/C++.

Zalety JNI:

Jest do±¢ dobrze wyspecy�kowana i kod bibliotek JNI jestprzeno±ny mi¦dzy maszynami wirtualnymi Java.

Mo»na si¦ dogada¢ z kodem C++

W JVM wbudowany jest mechanizm JNI (Java Native Interface).Pozwala on zadekrarowanie funkcji jako native i dostarczenie ichde�nicji w postaci skompilowanej biblioteki napisanej w C/C++.Zalety JNI:

Wady JNI

Wady JNI:

Trzeba pisa¢ kod w C/C++

Interfejsy (by by¢ przeno±nymi) s¡ skomplikowane.

Mo»na zabi¢ JVM.

Mo»na zacz¡¢ gubi¢ pami¦¢

Przy u»ywaniu kodu Javy na wielu systemach trzeba bibliotekiJNI kompilowa¢ na wiele systemów � masakra logistyczna

Wady JNI

Wady JNI:

Mo»na zabi¢ JVM.

Wady JNI

Wady JNI:

Mo»na zabi¢ JVM.

Wady JNI

Wady JNI:

Mo»na zabi¢ JVM.

Wady JNI

Wady JNI:

Mo»na zabi¢ JVM.

Wady JNI

Wady JNI:

Mo»na zabi¢ JVM.

Kod JNI � Java

Tak pogl¡dowo pisze :)Po stronie Javy:

package pkg;

class Cls {

static{

System.loadLibrary(�libName�);

native double f(int i, String s);

Kod JNI � C

jdouble Java_pkg_Cls_f__ILjava_lang_String_2 (

JNIEnv *env,

jobject obj,

jint i,

jstring s){

const char *str =

( *env)->GetStringUTFChars(env, s, 0);

/* process the string */

/* Now we are done with str */

( *env)->ReleaseStringUTFChars(env, s, str);

return ...

Kod JNI � C

JNIEnv *env,

jobject obj,

jint i,

jstring s){

const char *str =

return ...

Kod JNI � C

JNIEnv *env,

jobject obj,

jint i,

jstring s){

const char *str =

return ...

Kod JNI � C

JNIEnv *env,

jobject obj,

jint i,

jstring s){

const char *str =

return ...

Kod JNI

Generalnie zªo!

R¦cznie trzeba przepakowywa¢ wszystkie obiekty � ªatwo obª¡d zabijaj¡cy JVM

Dobieranie si¦ do pól i metod jest wymaga jeszcze wi¦kszejilo±ci kodu

Dla uczciwo±ci dodam »e:

S¡ narz¦dzia Javy pozwalaj¡ce generowa± same deklaracje tychfunkcji

S¡ narz¦dzia (pono¢) które s¡ w stanie generowa¢ caªemapowania

Kod JNI

Generalnie zªo!

Kod JNI

Generalnie zªo!

Kod JNI

Generalnie zªo!

Kod JNI

Generalnie zªo!

Kod JNI

Generalnie zªo!

Nowy sposób

JNA to biblioteka Javy która bardzo uªatwia wi¡zanie Javy i C.

Obsªuguje tylko C (nie C++)

Wymaga posiadania dynamicznych bibliotek (w mojej pracyin»ynierskiej musiaªem konwertowa¢ r¦cznie statycznego libana dynamicznego)

S¡ wi¦ksze narzuty na wywoªanie � nieistotne!

Nowy sposób

JNA to biblioteka Javy która bardzo uªatwia wi¡zanie Javy i C.Wady:

Nowy sposób

Zalety

Zalety:

Zero kodu w C

Samo pilnuje pami¦ci w 90% wypadków

Umie mapowa¢ skomplikowane typy � struktury

S¡ narz¦dzia do automatycznego generowania sygnatur funkcjiw Javie. Ja ich nie lubie bo cz¦sto funkcja jest niejednoznaczna (co znaczy void *, czy int* to wska¹nik na intczy tablica?), ale ludzie u»ywaj¡ z powodzeniem.

Nowy sposób

Zalety

Zalety:

Zero kodu w C

Nowy sposób

Zalety

Zalety:

Zero kodu w C

Nowy sposób

Zalety

Zalety:

Zero kodu w C

Nowy sposób

Zalety

Zalety:

Zero kodu w C

Odwzorowania

Odwzorowania � typy proste

C java C java

byte/unsigned byte byte struct Structureint/unisgned int int whatever* Pointer

long/unsigned long NativeLong array java array�oat/double �oat/double by reverence xxxByReference

Odwzorowania

Mapowanie nazw funkcji

C czasem dekoruje nazwy funkcji. Na przykªad z foo potra�zrobi¢ @foo@64, gdzie 64 to dªugo±¢ pami¦ci zajmowanej przezargumenty

�eby wywoªa¢ funkcje musimy mie¢ jej udekorowan¡ nazwe.

JNI radzi sobie z tym za pomoc¡ rozwi¡za« C

JNA ma do tego mechanizm FunctionMapper � to jest takieco± co dostaje java.re�ect.Method i ma z tego zgadn¡¢ nazw¦metody w C

S¡ implementacje FunctionMappera na wi¦szko±¢ dekoracji nawi¦kszo±¢ systemów

Najlepiej (jak si¦ da) wyª¡czy¢ dekorowanie

Mo»na u»y¢ FunctionMappera do tego »eby pozby¢ si¦ tychdziwnych pre�xów funkcji. Np. SADGetParameter

Odwzorowania

Kod JNA

static{

Native.register(CaenUtils.createNativeLib());

public native int Init(int BdType, short link,

short bdNum, IntByReference handle);

public native int WriteCycle(int handle,

int address, byte[] data)

public int ReadCycle(int handle,

int address,

IntByReference data)

Odwzorowania

Kod JNA

static{

int address,

Odwzorowania

Kod JNA

static{

int address,

Odwzorowania

Kod JNA

static{

int address,

Odwzorowania

Kod JNA2

public static Map<String, Object> createLibOptions(){

Map<String, Object> result = (...)

result.put(Library.OPTION_FUNCTION_MAPPER,

new CaenFunctionMapper());

return result;

public static NativeLibrary createNativeLib(){

return NativeLibrary.getInstance("CAENVME",

createLibOptions());

Odwzorowania

Kod JNA2

public static Map<String, Object> createLibOptions(){

Map<String, Object> result = (...)

result.put(Library.OPTION_FUNCTION_MAPPER,

new CaenFunctionMapper());

return result;

public static NativeLibrary createNativeLib(){

return NativeLibrary.getInstance("CAENVME",

createLibOptions());

Odwzorowania

Zarz¡dzanie pami¦ci¡

Jak pisaªem � przy przej±ciu przez granic¦ pami¦c jestkopiowana

Pami¦¢ allokowana przez JNA jest kasowana przy wyj±ciu zfunkcji. W 90% wypadków jest to porz¡dana cecha.

Mo»na u»y¢ klasy Memory by przekaza¢ do kodu natywnegopami¦¢ która b¦dzie zaalokowana a» dana instancja Memorynie tra� do GC.

Odwzorowania

Przykªad

Mamy funkcje

void writeToMem(void *, int)

Odwzorowan¡ na:

void writeMem(byte[], int)

i wywoªan¡:

byte[] res = new byte[256]

writeMem(res, 256)

Odwzorowania

Przykªad

Mamy funkcje

Odwzorowan¡ na:

i wywoªan¡:

writeMem(res, 256)

Odwzorowania

Przykªad

Mamy funkcje

Odwzorowan¡ na:

i wywoªan¡:

writeMem(res, 256)

Odwzorowania

Przykªad

Co si¦ dzieje z pami¦ci¡:

Po stronie Javy allokujemy 256 bajtów

Tworzona jest tablica C o dªugo±ci 256 (dªugo±¢ brana z polalength)

przekazywana ona jest do funkcji C

po wykonaniu funkcji zawarto±¢ tablicy z C kopiowana jest dotablicy Java

Tablica C jest kasowana

Odwzorowania

Przykªad

Odwzorowania

Przykªad

Odwzorowania

Przykªad

Odwzorowania

Przykªad

Odwzorowania

Przykªad

Odwzorowania

Problemy z JNA

Jest problem z unsigned byte

Czasem trzeba pilnowa¢ byte alignmentu struktur

Uwa»a¢ na w¡tki (jak w JNI)!

Odwzorowania

Problemy z JNA

Odwzorowania

Problemy z JNA

Odwzorowania

Wydajno±¢

Autorzy mówi¡ »e wydajno±¢ zaprezentowanej metodywywoªywania funckcji jest 2 - 3 razy mniejsza ni» dla JNI.

Dotyczy to narzutu na wywoªanie funkcji, samo wykonaniefunkcji jest tak samo szybkie :) Dla dªugo trwaj¡cych funkcjinarzut jest nieistotny.

Jest druga metoda wywoªywania (historycznie wcze±niejsza)maj¡ca narzut wi¦kszy o rz¡d wielko±ci. Ale s¡ rzeczy zktórymi pierwsza metoda sobie nie radzi (do±¢ egzotyczne �np. tablice wska¹ników)

Nie zauwa»yªem wielkiego wpªywu tego narzutu na wykonanie.Kiedy gadamy ze sprz¦tem i tak najwolniejsza jest samakomunikacja.

Odwzorowania

Wydajno±¢

Odwzorowania

Wydajno±¢

Odwzorowania

Wydajno±¢

Inne narz¦dzia

SWIG � pozwala si¦ ª¡czy¢ z kodem napisanym w podzbiorzeC++ (nie lubi szablonów)

CORBA i inne podobne � ale to zªo. Zªo i jeszcze raz zuo.

S¡ te» pªatne rozwi¡znia

Łączenie kodu Javy z kodem w C

Documents

Transcript of Łączenie kodu Javy z kodem w C