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[Java知识库]JavaCPP快速入门(官方demo增强版)

欢迎访问我的GitHub

这里分类和汇总了欣宸的全部原创(含配套源码):https://github.com/zq2599/blog_demos

关于JavaCPP

  • JavaCPP 使得Java 应用可以在高效的访问本地C++方法,JavaCPP底层使用了JNI技术,可以广泛的用在Java SE应用中(也包括安卓),以下两个特性是JavaCPP的关键,稍后咱们会用到:
  1. 提供一些注解,将Java代码映射为C++代码
  2. 提供一个jar,用java -jar命令可以将C++代码转为java应用可以访问的动态链接库文件;
  • 目前JavaCPP团队已经用JavaCPP为多个著名C++项目生成了完整的接口,这意味着咱们的java应用可以很方便的使用这些C++库,这里截取部分项目如下图,更详细的列表请访问:https://github.com/bytedeco/javacpp-presets

在这里插入图片描述

本篇概览

  • 今天咱们先写C++函数,再写Java类,该Java类用JavaCPP调用C++函数;
  • 提前小结JavaCPP开发的基本步骤如下图,稍后就按这些步骤去做:
    在这里插入图片描述

与官方demo的差异

  • 聪明的您应该会想到:入门demo,JavaCPP官方也有啊(https://github.com/bytedeco/javacpp),难道欣宸还能比官方的好?
  • 官方的入门demo一定是最好的,这个毋庸置疑,我这里与官方的不同之处,是添加了下面这些官方没提到的内容,更符合自己的开发习惯(官方没有这些的原因,我觉得应该是更关注JavaCPP本身,而不是一些其他的细枝末节):
  1. 如下图,官方的C++代码只有一个NativeLibrary.h文件,函数功能也在这个文件中,最终生成了一个jni的so文件,而实际上,应该是头文件与功能代码分离,因此本文中的头文件和C++函数的源码是分开的,先生成函数功能的so,再在java中生成jni的so,一共会有两个so文件,至于这两个so如何配置和访问,也是本文的重点之一:
    在这里插入图片描述

  2. 官方demo的java源码如下图,是没有package信息的,而实际java工程中都会有package,由此带来的路径问题,例如头文件放哪里?编译和生成so文件时的命令行怎么处理package信息,等等官方并没有提到,而在本篇咱们的java类是有package的,与之相关的路径问题也会解决:
    在这里插入图片描述

  3. 官方demo在运行时使用的依赖库是org.bytedeco:javacpp:1.5.5,运行时会输出以下警告信息,本篇会解决这个告警问题:

Warning: Could not load Loader: java.lang.UnsatisfiedLinkError: no jnijavacpp in java.library.path

环境信息

  • 这里给出我的环境信息,您可以作为参考:
  1. 操作系统:Ubuntu 16.04.5 LTS (server版,64位)
  2. g++:(Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.10) 5.4.0 20160609
  3. JDK:1.8.0_291
  4. JavaCPP:1.5.5
  5. 操作账号:root

javacpp-1.5.5.jar文件下载

  • 本篇不会用到maven或者gradle,因此所需的jar文件需要自行准备,您可以从官网、maven中央仓库等地方下载,也可以从下面两个地方任选一个下载:
  1. CSDN(不用积分):https://download.csdn.net/download/boling_cavalry/20189395
  2. GitHub:https://raw.githubusercontent.com/zq2599/blog_download_files/master/files/javacpp-1.5.5.jar

完整源码和相关文件下载

  • 本次实战的所有源码以及相关文件,我这里都按照实战的目录位置打包上传到服务器,如果有需要,您可以从下面两个地方任选一个下载,用以参考,
  1. CSDN(不用积分):https://download.csdn.net/download/boling_cavalry/20189692
  2. GitHub:https://raw.githubusercontent.com/zq2599/blog_download_files/master/files/javacpp-project.tar
  • 接下进入实战环节

C++开发

  • 新建一个文件夹,我这边是/root/javacpp/cpp,C++开发都在此文件夹下进行
  • C++部分总共要写三个文件,分别是:
  1. C++函数的源码:NativeLibrary.cpp
  2. 头文件:NativeLibrary.h
  3. 测试函数功能的文件:test.cpp(该文件仅用于测试C++函数是否正常可用,与JavcCPP无关)
  • 接下来分别编写,首先是NativeLibrary.cpp,如下,仅有加法的方法:
#include "NativeLibrary.h" 

namespace NativeLibrary { 

    int MyFunc::add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
}
  • 头文件:
#include<iostream>

namespace NativeLibrary {

	class MyFunc{
	public:
		MyFunc(){};
		~MyFunc(){};
		int add(int a, int b);
	};
}
  • 测试文件test.cpp,可见是验证MyFunc类的方法是否正常:
#include<iostream>
#include"NativeLibrary.h"

using namespace NativeLibrary;

int main(){
	MyFunc myFunc;
	int value = myFunc.add(1, 2);
	std::cout << "add value " << value << std::endl;
	return 0;
}
  • 执行以下命令,编译NativeLibrary.cpp,得到so文件libMyFunc.so
g++ -std=c++11 -fPIC -shared NativeLibrary.cpp -o libMyFunc.so
  • 执行以下命令,编译和链接test.cpp,得到可执行文件test
g++ test.cpp -o test ./libMyFunc.so
  • 运行可执行文件试试,命令是./test
root@docker:~/javacpp/cpp# ./test
add value 3
  • libMyFunc.so文件复制到/usr/lib/目录下
  • test的执行结果符合预期,证明so文件创建成功,记住下面两个关键信息,稍后会用到:
  1. 头文件是NativeLibrary.h
  2. so文件是libMyFunc.so
  • 接下来是java部分

Java开发

  • 简单起见,咱们手写java文件,不创建maven工程
  • 新建一个文件夹,我这边是/root/javacpp/java,java开发都在此文件夹下进行
  • 将文件javacpp-1.5.5.jar复制到/root/javacpp/java/目录下
  • 出于个人习惯,喜欢将java类放在packgage下,因此建好package目录,我这里是com/bolingcavalry/javacppdemo,在我这里的绝对路径就是/root/javacpp/java/com/bolingcavalry/javacppdemo
  • 将文件NativeLibrary.h复制到com/bolingcavalry/javacppdemo目录下
  • com/bolingcavalry/javacppdemo目录下新建Test.java,有几处要注意的地方稍后会提到:
package com.bolingcavalry.javacppdemo;

import org.bytedeco.javacpp.*;
import org.bytedeco.javacpp.annotation.*;

@Platform(include="NativeLibrary.h",link="MyFunc")
@Namespace("NativeLibrary")
public class Test {
    public static class MyFunc extends Pointer {
        static { Loader.load(); }
        public MyFunc() { allocate(); }
        private native void allocate();

        // to call add functions
        public native int add(int a, int b);
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyFunc myFunc = new MyFunc();
        System.out.println(myFunc .add(111,222));
    }
}
  • Test.java有以下几处需要注意:
  1. Namespace注解的值是命名空间,要与前面C++代码保持一致
  2. 静态类名为MyFunc,这个要和C++中声明的类保持一致
  3. Platform注解的include属性是NativeLibrary.h,作用是指定头文件
  4. Platform注解的link属性的值是MyFunc,和so文件名libMyFunc.so相比,少了前面的lib前缀,以及so后缀,这是容易出错的地方,要千万小心,需要按照这个规则来设置link属性的值
  5. 对so中的add方法,通过native关键字做声明,然后就可以使用了
  • 现在开发工作已经完成,接下来开始编译和运行

编译和运行

  • 首先是编译java文件,进入目录/root/javacpp/java,执行以下命令,即可生成class文件:
javac -cp javacpp-1.5.5.jar com/bolingcavalry/javacppdemo/Test.java
  • 接下来要用javacpp-1.5.5.jar完成c++文件的创建和编译,生成linux下的so文件:
java \
-jar javacpp-1.5.5.jar \
com/bolingcavalry/javacppdemo/Test.java
  • 控制台输出以下信息,表名so文件已经生成,并且清理掉了中间过程产生的临时文件:
root@docker:~/javacpp/java# java \
> -jar javacpp-1.5.5.jar \
> com/bolingcavalry/javacppdemo/Test.java
Info: javac -cp javacpp-1.5.5.jar:/root/javacpp/java com/bolingcavalry/javacppdemo/Test.java 
Info: Generating /root/javacpp/java/jnijavacpp.cpp
Info: Generating /root/javacpp/java/com/bolingcavalry/javacppdemo/jniTest.cpp
Info: Compiling /root/javacpp/java/com/bolingcavalry/javacppdemo/linux-x86_64/libjniTest.so
Info: g++ -I/usr/lib/jvm/jdk1.8.0_291/include -I/usr/lib/jvm/jdk1.8.0_291/include/linux /root/javacpp/java/com/bolingcavalry/javacppdemo/jniTest.cpp /root/javacpp/java/jnijavacpp.cpp -march=x86-64 -m64 -O3 -s -Wl,-rpath,$ORIGIN/ -Wl,-z,noexecstack -Wl,-Bsymbolic -Wall -fPIC -pthread -shared -o libjniTest.so -lMyFunc 
Info: Deleting /root/javacpp/java/com/bolingcavalry/javacppdemo/jniTest.cpp
Info: Deleting /root/javacpp/java/jnijavacpp.cpp
  • 此时的com/bolingcavalry/javacppdemo目录下新增了一个名为linux-x86_64的文件夹,里面的libjniTest.so是javacpp-1.5.5.jar生成的

  • 您可以将/usr/lib/目录下的libMyFunc.so文件移动到linux-x86_64目录下(不移动也可以,只是个人觉得业务so文件放在/usr/lib/这种公共目录下不太合适)

  • 将java应用运行起来:

java -cp javacpp-1.5.5.jar:. com.bolingcavalry.javacppdemo.Test
  • 控制台输出的信息如下所示,333表示调用so中的方法成功了:
root@docker:~/javacpp/java# java -cp javacpp-1.5.5.jar:. com.bolingcavalry.javacppdemo.Test
Warning: Could not load Loader: java.lang.UnsatisfiedLinkError: no jnijavacpp in java.library.path
333
  • 最后,将我这里c++和java的文件夹和文件的信息详细列出来,您可以参考:
root@docker:~# tree /root/javacpp
/root/javacpp
├── cpp
│   ├── libMyFunc.so
│   ├── NativeLibrary.cpp
│   ├── NativeLibrary.h
│   ├── test
│   └── test.cpp
└── java
    ├── com
    │   └── bolingcavalry
    │       └── javacppdemo
    │           ├── linux-x86_64
    │           │   ├── libjniTest.so
    │           │   └── libMyFunc.so
    │           ├── NativeLibrary.h
    │           ├── Test.class
    │           ├── Test.java
    │           └── Test$MyFunc.class
    └── javacpp-1.5.5.jar

6 directories, 12 files

一点小问题

  • 咱们回顾一下java应用的输出,如下所示,其中有一段告警信息:
root@docker:~/javacpp/java# java -cp javacpp-1.5.5.jar:. com.bolingcavalry.javacppdemo.Test
Warning: Could not load Loader: java.lang.UnsatisfiedLinkError: no jnijavacpp in java.library.path
333
  • 上述告警信息不会影响功能,如果想消除掉,就不能只用org.bytedeco:javacpp:1.5.5这一个库,而是org.bytedeco:javacpp-platform:1.5.5以及它的依赖库
  • 由于本篇没有用到maven或者gradle,因此很难将org.bytedeco:javacpp-platform:1.5.5及其依赖库集齐,我这里已经将所有jar文件打包上传,您可以选择下面任意一种方式下载:
  1. CSDN(不用积分):https://download.csdn.net/download/boling_cavalry/20188764
  2. GitHub:https://raw.githubusercontent.com/zq2599/blog_download_files/master/files/javacpp-platform155.tar
  • 下载下来后解压,是个名为lib的文件夹,将此文件夹放在/root/javacpp/java/目录下
  • lib文件夹下的jar只是在运行时用到,编译时用不上,因此现在可以再次运行java应用了,命令如下:
java -cp lib/*:. com.bolingcavalry.javacppdemo.Test
  • 在看控制台输出如下图,这次没有告警了:
    在这里插入图片描述

  • 本次实战最终所有文件与目录信息如下,供您参考:

root@docker:~/javacpp# tree /root/javacpp
/root/javacpp
├── cpp
│   ├── libMyFunc.so
│   ├── NativeLibrary.cpp
│   ├── NativeLibrary.h
│   ├── test
│   └── test.cpp
└── java
    ├── com
    │   └── bolingcavalry
    │       └── javacppdemo
    │           ├── linux-x86_64
    │           │   ├── libjniTest.so
    │           │   └── libMyFunc.so
    │           ├── NativeLibrary.h
    │           ├── Test.class
    │           ├── Test.java
    │           └── Test$MyFunc.class
    ├── javacpp-1.5.5.jar
    └── lib
        ├── javacpp-1.5.5-android-arm64.jar
        ├── javacpp-1.5.5-android-arm.jar
        ├── javacpp-1.5.5-android-x86_64.jar
        ├── javacpp-1.5.5-android-x86.jar
        ├── javacpp-1.5.5-ios-arm64.jar
        ├── javacpp-1.5.5-ios-x86_64.jar
        ├── javacpp-1.5.5.jar
        ├── javacpp-1.5.5-linux-arm64.jar
        ├── javacpp-1.5.5-linux-armhf.jar
        ├── javacpp-1.5.5-linux-ppc64le.jar
        ├── javacpp-1.5.5-linux-x86_64.jar
        ├── javacpp-1.5.5-linux-x86.jar
        ├── javacpp-1.5.5-macosx-arm64.jar
        ├── javacpp-1.5.5-macosx-x86_64.jar
        ├── javacpp-1.5.5-windows-x86_64.jar
        ├── javacpp-1.5.5-windows-x86.jar
        └── javacpp-platform-1.5.5.jar

7 directories, 29 files
  • 至此,JavaCPP入门体验已经完成,接下来做个小结,将关键点列出来

关键点小结

  • 今天的实战,咱们借助JavaCPP,在java应用中使用c++的函数,有以下几处需要重点关注:
  1. 在Java代码中,要有与C++中同名的静态类
  2. 注意Java代码中Namespace注解和C++中的namespace一致
  3. C++的头文件要和Java类放在同一个目录下
  4. 使用so库的时候,库名为libMyFunc.so,Platform注解的link参数的值就是库名去掉lib前缀和.so后缀
  5. C++函数的so文件可以放在/usr/lib目录,也可以移至linux-x86_64目录
  • 至此,JavaCPP快速入门就完成了,如果您正在学习JavaCPP技术,希望本篇能给您一些参考;

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加:2021-07-13 17:19:45  更:2021-07-13 17:20:20 
 
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