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JNI 对象在函数调用中的生命周期

级别： 中级 恽 益群 ([email protected]), 软件工程师, IBM 2007 年 12 月 06 日 Java 本地编程接口（Java Native Interface，JNI） 易懂且容易上手，但对于一些新手甚至于一些中级开发者，在编程中都没有把 JNI 对象的生命周期考虑在内。以至于经常碰见莫名的 Crash，或者 segmentation fault。在花费了相当精力去调试后，才发现是 JNI 对象使用不当，当初保存的 JNI 对象已经被系统回收，却仍试图去使用之。本文结合实际开发中遇到的此类问题，讲述和强调了 JNI 对象生命周期的概念，并提出正确的解决方法，希望能和读者分享自己的经验和教训。 问题 在 JNI 编程中常需要从一个普通的 C/C++ 函数中调用 JNI 方法，比如： long ProcessKeyboardEventInJava(int keyboardEvent) { long error = 0; JNIEnv* env = g_env; jclass that = g_class; jmethodID mid = g_mid; … … error = env->CallStaticIntMethod(that, mid, keyboardEvent); return error; } ProcessKeyboardEventInJava 只是个普通的 C 函数，目的是把参数中的键盘事件交给 Java 代码处理。它并没有 JNI 参数，却需要调用一个 JNI 方法。那么调用所必需的参数 JNIEnv，jclass 和 jmethodID，是如何获得呢？从上面的代码中可以看出，它们来自保存的全局变量 g_env，g_class 和 g_mid。这样做对么？安全么？也许这段代码在某种情况下，实现了软件的需求，成功地执行了 Java 的函数，处理了这个键盘事件。在这种情况下，设计者很清楚，也深信 ProcessKeyboardEventInJava 只会在某个 Native 函数返回前被调用。对应的场景代码应该是这样的： JNIEnv * g_env; jclass g_class; jmethodID g_mid; JNIEXPORT jint JNICALL Java_SampleTest_init (JNIEnv *env, jclass cls) { g_class = cls; g_env = env; g_mid = env->GetStaticMethodID(cls, "ProcessKeyboardEventInJava", "(III)I"); while(true) { …. long error; error = ProcessKeyboardEventInJava(theEvent) …. } } 但万一 ProcessKeyboardEventInJava 在 Java_SampleTest_init（以下简称 init）返回后的其他时机被调用了，会怎样呢？那时可就没有这么幸运了，初衷是肯定达不到了，而发生 crash 或者 segmentation fault 这类错误则几乎是一定的。事实上，如上设计，ProcessKeyboardEventInJava 也只允许在 init 函数中被调用。在其返回后被调用，就不合法了。所以，如果你是这个设计师，之前的设计中，是不是这个假设也有些太乐观了呢？ 回页首 分析 调用者本来以为这个函数能帮他的大忙，现在却疑惑了，到底发生了什么？做错了什么呢？ 原因其实很简单，上面三个全局变量中的 g_class 已经是非法的了，生命周期在退出 init 之后就结束了。 这里要澄清的是 g_mid，由于它不是一个 jobject，所以只要它对应的 class 没有被卸载，在退出 init 之后仍可以使用，没问题；而 g_env 对于同一个 thread 来说，它是唯一的，所以只要是 init 和 ProcessKeyboardEventInJava 处于一个 thread，初始化后它的值在这个 thread 没有中止之前，都一直是合法的。 那如何才能解决 g_class 的非法引用带来的问题呢？ 这首先涉及到 Java 和 Native 代码之间函数调用时，参数如何传递的问题。简单类型，也就是内置类型，比如 int, char 等是值传递（pass by value），而其它 Java 对象都是引用传递（pass by reference），这些对象引用由 JVM 传给 Native 代码，每个都有其生命周期。 其次，Java 对象的生命周期是由它的引用类型决定的，这里的引用分两种：local reference 和 global reference。Native 函数参数中 jobject 或者它的子类，其参数都是 local reference。Local reference 只在这个 Native 函数中有效，Native 函数返回后，引用的对象就被释放，它的生命周期就结束了。若要留着日后使用，则需根据这个 local reference 创建 global reference。Global reference 不会被系统自动释放，它仅当被程序明确调用 DeleteGlobalReference 时才被回收。 回页首 解决 于是解决的办法就出来了： 在 init 函数中，不是简单地把 jcalss 参数保存，而是： JNIEXPORT jint JNICALL Java_SampleTest_init (JNIEnv *env, jclass cls) { …. g_class= (jclass)(env->NewGlobalRef(cls)); …. } 这样，无论 ProcessKeyboardEventInJava 是在 init 返回前还是返回后，调用它都是安全的，可行的了。 回页首 总结 若要在某个 Native 代码返回后，还希望能继续使用 JVM 提供的参数（比如 init 函数中的 jclass）, 或者是过程中调用 JNI 函数的返回值（比如 g_mid），只要它是一个 jobject， 则需要为它创建一个 global reference，以后只能使用这个 global reference；若不是一个 jobject，则无需这么做。 jclass 是由 jobject public 继承而来的子类，所以它当然是一个 jobject，需要创建一个 global reference 以便日后使用。而 jmethodID/jfieldID 与 jobject 没有继承关系，它不是一个 jobject，只是个整数，所以不存在被释放与否的问题，可保存后直接使用。JNIEnv 对于每个 thread 而言是唯一的，不能也不需要对它调用 NewGlobalReference。