国产平台下Eclipse对JNI快速开发支撑的设计与实现

詹秋芳 王岩

摘   要：Eclipse作为一款Java IDE开发环境，受到越来越多程序员的喜爱。但是Eclipse对JNI开发的支持并不友好，很多操作都需要切换到控制台上输入命令来完成，并且不支持对Native函数的调试，这些不利因素无形中增加了JNI开发的成本与难度。文章基于国产平台，系统研究了Eclipse插件开发技术，根据JNI开发的特点，结合用户实际需求，在Eclipse中分别实现了JNI的可视化开发以及调试开发，从Java工程到C工程无缝衔接，界面友好、操作便利，实现了Eclipse环境下对JNI快速开发的支撑，增强了Eclipse IDE的功能，丰富了国产平台的软件生态环境，对于国产平台的产业化发展具有重要的学术意义及应用价值。

关键词：国产平台;Java本地接口;集成开发环境;Java开发工具;C/C++开发工具

Eclipse作为一款Java IDE开发环境，受到越来越多程序员的喜爱。Java是一类解释性语言，具有跨平台执行的特性，但是该特性势必会有部分性能损耗，因此，在开发过程中，如果有实时性的要求，那么通常会采用面向底层、速度更快的语言来实现，JNI技术就是可以实现Java调用另一种语言的函数[1]。但是使用过JNI开发的人都知道，目前，Eclipse IDE对JNI并没有提供可视化开发手段，程序员需要启动终端，手动敲入命令执行部分代码，最后，仍需切回到Eclipse IDE调用验证，而且Eclipse IDE对JNI的调试也没有提供好的解决方案。

针对这一现状，本文将研究“Eclipse JNI快速开发支撑技术”的设计与实现，通过Eclipse插件技术，实现JNI开发的可视化以及JNI Native函数调试的一体化，满足JNI开发的便捷性、实用性的需求，优化Eclipse IDE环境。

1    国产平台

国产平台主要是指国产硬件、国产基础软件以及其他国产应用软件[2]。在基于增强国产平台自主可控能力的共识下，大力推进国产平台产业化发展，积极与产业上下游厂商密切合作，构建完善的国产软硬件生态系统，包括芯片、硬件、軟件、整机系统各个环节，将其应用于通用服务器、大数据、网络安全、安全存储、工业控制等领域[3]。目前，无论是国产硬件还是国产软件，部分关键技术尚未掌握，自主核心技术难以为继，既需要耗费大量精力解决硬件适配问题，又需要持续满足应用开发单位对最新软件开发工具的需要，还需要为用户提供最新、最易用的应用软件。国产平台生态环境仅解决有无问题，离可用、好用都有一定的距离。

2    Eclipse及JNI开发介绍

Eclipse是一个集成开发环境，为用户提供可视化的开发手段，该开发环境初衷主要支持Java等各种应用的开发，可以采用插件的技术来增强Eclipse框架的支撑能力[4]。JNI是Java标准平台中的一个重要功能，弥补了Java与平台无关这一重大不足，在Java实现跨平台的同时，也能与其他语言（如C，C++）的动态库进行交互，给其他语言发挥优势的机会[5]。使用JNI进行开发的优势有以下几点。

2.1  运行效率提高

目前，国产平台的CPU频率明显低于X86架构，当硬件性能暂时无法提升时，对于Java应用来说，实时性要求高的任务可以用C/C++语言来实现，Java和C/C++之间可以采用JNI来实现通信，这样也能比较好地解决Java应用效率低下的问题。

2.2  内存管理利用率高

Java的内存全部由虚拟机来管理，C/C++语言由程序员来管理，可以灵活地操作内存，内存利用率会高很多。

2.3  防破解

由于Native函数采用C/C++语言来实现，会编译成二进制机器代码，所以对于产品的核心技术采用JNI来实现，这样不易破解。

如果使用了JNI，那么Java程序就丧失了跨平台的优点，对于JNI Native函数部分的代码，不同平台架构往往需要重新编译，所以Java应用程序是否使用JNI技术需要考虑业务需求，是效率优先还是部署为重。

通常情况JNI开发的步骤如下：

（1）在Java文件中编写Native调用接口，形如：

（2）定义对应的JNI Native函数的实现。

①通过命令javah，生成Native函数对应的头文件（.h）。

②根据生成的头文件（.h）创建一个对应的源文件（.cpp），文件中包含Native函数实现，用户可以在函数内实现具体业务需求。

③编译源文件（.cpp），生成与架构相关的动态库。

④在Java程序中通过JNI直接调用Native函数以验证功能是否正常。

在上面的步骤中，①和③均需要切换到命令行终端上运行，②需要用户手动创建和编辑源文件。由此可见，目前在Eclipse IDE环境下进行JNI开发异常繁琐。本文提出的JNI快速开发支撑技术，很好地解决了这个问题。

3    JNI快速开发支撑技术的实现方案

JNI快速开发支撑包括“可根据Native函数接口自动创建相应C/C++工程”“在Eclipse IDE环境中支持Java主程序对Native函数的调试”两部分。这两部分功能均可作为一个独立的程序模块，采用Eclipse插件技术来实现，能够动态地添加和自由地删除，比较方便集成到Eclipse IDE环境中。

3.1  JNI可视化开发

JNI可视化开发的功能可概括为：（1）由Native函数生成头文件（.h）及源文件（.cpp）框架。（2）创建可生成动态库的C/C++工程，且工程中需包含相应源文件。（3）C/C++工程编译后得到的动态库能够被Java主程序自动加载。上述功能实现起来表现为一个连续且完整的过程，实现过程如图1所示。

打开Eclipse工程浏览界面，用户单击Java文件时，通过菜单或按钮，激活JNI可视化开发插件提供的Native函数的转换功能，生成Native函数接口的头文件（.h）。用户可选择生成的头文件（.h），插件根据头文件自动创建相应C/C++工程，且工程中包含相应源文件（.cpp）框架，该框架根据Native头文件的函数声明来实现，用户仅需实现业务逻辑即可。C/C++工程编译后产生的动态库文件生成到指定路径下，原Java工程可自动加载该路径下的动态库。

3.2  JNI调试开发

JNI调试开发是指在Eclipse IDE环境下，Java主程序调试运行到Native函数时，能够自动启动GDB进程调试Native C/C++函数主体，并且在IDE环境中提供堆栈、变量、寄存器等调试信息显示窗口供用户诊断。JNI调试开发包括调试环境设置模块、调试通信模块以及调试信息显示模块。调试环境设置模块需要设置C/C++源文件位置、C/C++动态库和调试信息路径以及GDB Attach模式设置等。调试通信模块实现Java调试器与GDB调试进程之间的通信。调试信息显示模块用来显示变量、寄存器、加载模块以及堆栈信息。

如果没有安装JNI调试开发插件，那么在调试Java主程序时，遇到Native函數的调用，通常情况下调试流程是没有办法进入到Native C/C++函数主体内部的。在JNI调试开发插件的支撑下，调试运行到Native函数调用处时，将会启动GDB进程，并且附加到正在调试运行的Java主程序进程空间中[6]。GDB进程在启动的同时，会加载已经配置好的Native C/C++函数的动态库及调试信息，定位Native C/C++函数的源文件。加载完成后，GDB进程暂停在Native C/C++函数入口处，此时，可激活相应的调试堆栈，调试状态将会从Java主程序空间切换到Native C/C++函数空间，此时，Java主程序处于等待状态。接着，可以遵循GDB的调试命令调试Native C/C++函数主题。Native C/C++函数调试结束后，需要断开GDB进程与Java主程序的连接，调试状态会重新返回到Java主程序上，此时，Java主程序对Native C/C++函数的调试过程才结束。带有Native函数的Java主程序调试流程如图2所示。

4    结语

本文重点论述了在国产平台下Eclipse集成开发环境对JNI快速开发支撑技术的实现方案。首先，介绍了当前国产平台下的软件生态环境现状。其次，指出了目前JNI开发的现状，提出了JNI快速开发支撑方案，满足JNI开发的便捷性、实用性的需求，对繁荣国产平台的产业化发展具有重要的学术意义及应用价值。

[参考文献]

[1]任俊伟，林东岱.JNI技术实现跨平台开发的研究[J].计算机应用研究，2005（7）：180-184.

[2]程健，吴蔚.国产计算平台在指挥控制系统中的应用研究[J].自动化与信息工程，2011（3）：41-44.

[3]倪光南.发展自主可控的信息技术和产业[J].电子产品世界，2015（10）：25-26.

[4]张旻，麦先根，贾璐.Eclipse插件开发技术浅探[J].航空计算技术，2006（6）：17-18.

[5]董伟巍.JNI技术在网络交互中的应用[J].电子设计工程，2016（6）：125-127.

[6]兰利东，乔永强.GDB远程调试环境的设计与实现[J].单片机与嵌入式系统应用，2005（10）：22-25.