JNA回调机制的高级应用有哪些技巧？
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本文共计1714个文字，预计阅读时间需要7分钟。
目录 + 简介 + JNA中的Callback + Callback的应用 + Callback的定义 + Callback的获取和应用 + 在多线程环境中使用Callback + 总结 + 简介 + 什么是Callback呢？简单点说，Callback就是回调通知，当我们需要在某个方法执行完毕后接收通知时，就可以使用Callback。简单地说，Callback就是回调通知，当我们需要在某个方法执行完毕后接收通知时，就可以使用Callback。
- 简介
- JNA中的Callback
- callback的应用
- callback的定义
- callback的获取和应用
- 在多线程环境中使用callback
- 总结
什么是callback呢？简单点说callback就是回调通知，当我们需要在某个方法完成之后，或者某个事件触发之后，来通知进行某些特定的任务就需要用到callback了。
最有可能看到callback的语言就是javascript了，基本上在javascript中，callback无处不在。为了解决callback导致的回调地狱的问题，ES6中特意引入了promise来解决这个问题。
为了方便和native方法进行交互，JNA中同样提供了Callback用来进行回调。JNA中回调的本质是一个指向native函数的指针，通过这个指针可以调用native函数中的方法，一起来看看吧。
JNA中的Callback先看下JNA中Callback的定义：
public interface Callback {
interface UncaughtExceptionHandler {
void uncaughtException(Callback c, Throwable e);
}
String METHOD_NAME = "callback";
List<String> FORBIDDEN_NAMES = Collections.unmodifiableList(
Arrays.asList("hashCode", "equals", "toString"));
}
所有的Callback方法都需要实现这个Callback接口。Callback接口很简单，里面定义了一个interface和两个属性。
先来看这个interface,interface名字叫做UncaughtExceptionHandler,里面有一个uncaughtException方法。这个interface主要用于处理JAVA的callback代码中没有捕获的异常。
注意，在uncaughtException方法中，不能抛出异常，任何从这个方法抛出的异常都会被忽略。
METHOD_NAME这个字段指定了Callback要调用的方法。
如果Callback类中只定义了一个public的方法，那么默认callback方法就是这个方法。如果Callback类中定义了多个public方法，那么会选择METHOD_NAME = "callback"的这个方法作为callback。
最后一个属性就是FORBIDDEN_NAMES。表示在这个列表里面的名字是不能作为callback方法使用的。
目前看来是有三个方法名不能够被使用，分别是："hashCode", "equals", "toString"。
Callback还有一个同胞兄弟叫做DLLCallback，我们来看下DLLCallback的定义：
public interface DLLCallback extends Callback {
@java.lang.annotation.Native
int DLL_FPTRS = 16;
}
DLLCallback主要是用在Windows API的访问中。
对于callback对象来说，需要我们自行负责对callback对象的释放工作。如果native代码尝试访问一个被回收的callback，那么有可能会导致VM崩溃。
callback的应用 callback的定义因为JNA中的callback实际上映射的是native中指向函数的指针。首先看一下在struct中定义的函数指针：
struct _functions {
int (*open)(const char*,int);
int (*close)(int);
};
在这个结构体中，定义了两个函数指针，分别带两个参数和一个参数。
对应的JNA的callback定义如下：
public class Functions extends Structure {
public static interface OpenFunc extends Callback {
int invoke(String name, int options);
}
public static interface CloseFunc extends Callback {
int invoke(int fd);
}
public OpenFunc open;
public CloseFunc close;
}
我们在Structure里面定义两个接口继承自Callback，对应的接口中定义了相应的invoke方法。
然后看一下具体的调用方式：
Functions funcs = new Functions();
lib.init(funcs);
int fd = funcs.open.invoke("myfile", 0);
funcs.close.invoke(fd);
另外Callback还可以作为函数的返回值，如下所示：
typedef void (*sig_t)(int);
sig_t signal(int signal, sig_t sigfunc);
对于这种单独存在的函数指针，我们需要自定义一个Library,并在其中定义对应的Callback，如下所示：
public interface CLibrary extends Library {
public interface SignalFunction extends Callback {
void invoke(int signal);
}
SignalFunction signal(int signal, SignalFunction func);
}
callback的获取和应用
如果callback是定义在Structure中的，那么可以在Structure进行初始化的时候自动实例化，然后只需要从Structure中访问对应的属性即可。
如果callback定义是在一个普通的Library中的话，如下所示：
public static interface TestLibrary extends Library {
interface VoidCallback extends Callback {
void callback();
}
interface ByteCallback extends Callback {
byte callback(byte arg, byte arg2);
}
void callVoidCallback(VoidCallback c);
byte callInt8Callback(ByteCallback c, byte arg, byte arg2);
}
上例中，我们在一个Library中定义了两个callback，一个是无返回值的callback，一个是返回byte的callback。
JNA提供了一个简单的工具类来帮助我们获取Callback，这个工具类就是CallbackReference，对应的方法是CallbackReference.getCallback,如下所示：
Pointer p = new Pointer("MultiplyMappedCallback".hashCode());
Callback cbV1 = CallbackReference.getCallback(TestLibrary.VoidCallback.class, p);
Callback cbB1 = CallbackReference.getCallback(TestLibrary.ByteCallback.class, p);
log.info("cbV1:{}",cbV1);
log.info("cbB1:{}",cbB1);
输出结果如下：
INFO com.flydean.CallbackUsage - cbV1:Proxy interface to native function@0xffffffffc46eeefc (com.flydean.CallbackUsage$TestLibrary$VoidCallback)
INFO com.flydean.CallbackUsage - cbB1:Proxy interface to native function@0xffffffffc46eeefc (com.flydean.CallbackUsage$TestLibrary$ByteCallback)
可以看出，这两个Callback实际上是对native方法的代理。如果详细看getCallback的实现逻辑：
private static Callback getCallback(Class<?> type, Pointer p, boolean direct) {
if (p == null) {
return null;
}
if (!type.isInterface())
throw new IllegalArgumentException("Callback type must be an interface");
Map<Callback, CallbackReference> map = direct ? directCallbackMap : callbackMap;
synchronized(pointerCallbackMap) {
Reference<Callback>[] array = pointerCallbackMap.get(p);
Callback cb = getTypeAssignableCallback(type, array);
if (cb != null) {
return cb;
}
cb = createCallback(type, p);
pointerCallbackMap.put(p, addCallbackToArray(cb,array));
// No CallbackReference for this callback
map.remove(cb);
return cb;
}
}
可以看到它的实现逻辑是首先判断type是否是interface，如果不是interface则会报错。然后判断是否是direct mapping。实际上当前JNA的实现都是interface mapping，所以接下来的逻辑就是从pointerCallbackMap中获取函数指针对应的callback。然后按照传入的类型来查找具体的Callback。
如果没有查找到，则创建一个新的callback，最后将这个新创建的存入pointerCallbackMap中。
大家要注意， 这里有一个关键的参数叫做Pointer，实际使用的时候，需要传入指向真实naitve函数的指针。上面的例子中，为了简便起见，我们是自定义了一个Pointer，这个Pointer并没有太大的实际意义。
如果真的要想在JNA中调用在TestLibrary中创建的两个call方法：callVoidCallback和callInt8Callback，首先需要加载对应的Library：
TestLibrary lib = Native.load("testlib", TestLibrary.class);
然后分别创建TestLibrary.VoidCallback和TestLibrary.ByteCallback的实例如下，首先看一下VoidCallback：
final boolean[] voidCalled = { false };
TestLibrary.VoidCallback cb1 = new TestLibrary.VoidCallback() {
@Override
public void callback() {
voidCalled[0] = true;
}
};
lib.callVoidCallback(cb1);
assertTrue("Callback not called", voidCalled[0]);
这里我们在callback中将voidCalled的值回写为true表示已经调用了callback方法。
再看看带返回值的ByteCallback:
final boolean[] int8Called = {false};
final byte[] cbArgs = { 0, 0 };
TestLibrary.ByteCallback cb2 = new TestLibrary.ByteCallback() {
@Override
public byte callback(byte arg, byte arg2) {
int8Called[0] = true;
cbArgs[0] = arg;
cbArgs[1] = arg2;
return (byte)(arg + arg2);
}
};
final byte MAGIC = 0x11;
byte value = lib.callInt8Callback(cb2, MAGIC, (byte)(MAGIC*2));
我们直接在callback方法中返回要返回的byte值即可。
在多线程环境中使用callback默认情况下， callback方法是在当前的线程中执行的。如果希望callback方法是在另外的线程中执行，则可以创建一个CallbackThreadInitializer,指定daemon,detach,name,和threadGroup属性：
final String tname = "VoidCallbackThreaded";
ThreadGroup testGroup = new ThreadGroup("Thread group for callVoidCallbackThreaded");
CallbackThreadInitializer init = new CallbackThreadInitializer(true, false, tname, testGroup);
然后创建callback的实例：
TestLibrary.VoidCallback cb = new TestLibrary.VoidCallback() {
@Override
public void callback() {
Thread thread = Thread.currentThread();
daemon[0] = thread.isDaemon();
name[0] = thread.getName();
group[0] = thread.getThreadGroup();
t[0] = thread;
if (thread.isAlive()) {
alive[0] = true;
}
++called[0];
if (THREAD_DETACH_BUG && called[0] == 2) {
Native.detach(true);
}
}
};
然后调用:
Native.setCallbackThreadInitializer(cb, init);
将callback和CallbackThreadInitializer进行关联。
最后调用callback方法即可：
lib.callVoidCallbackThreaded(cb, 2, 2000, "callVoidCallbackThreaded", 0);
总结
JNA中的callback可以实现向native方法中传递方法的作用，在某些情况下用处还是非常大的。
本文的代码：github.com/ddean2009/learn-java-base-9-to-20.git
本文已收录于 www.flydean.com/09-jna-callbacks/
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- 简介
- JNA中的Callback
- callback的应用
- callback的定义
- callback的获取和应用
- 在多线程环境中使用callback
- 总结
什么是callback呢？简单点说callback就是回调通知，当我们需要在某个方法完成之后，或者某个事件触发之后，来通知进行某些特定的任务就需要用到callback了。
最有可能看到callback的语言就是javascript了，基本上在javascript中，callback无处不在。为了解决callback导致的回调地狱的问题，ES6中特意引入了promise来解决这个问题。
为了方便和native方法进行交互，JNA中同样提供了Callback用来进行回调。JNA中回调的本质是一个指向native函数的指针，通过这个指针可以调用native函数中的方法，一起来看看吧。
JNA中的Callback先看下JNA中Callback的定义：
public interface Callback {
interface UncaughtExceptionHandler {
void uncaughtException(Callback c, Throwable e);
}
String METHOD_NAME = "callback";
List<String> FORBIDDEN_NAMES = Collections.unmodifiableList(
Arrays.asList("hashCode", "equals", "toString"));
}
所有的Callback方法都需要实现这个Callback接口。Callback接口很简单，里面定义了一个interface和两个属性。
先来看这个interface,interface名字叫做UncaughtExceptionHandler,里面有一个uncaughtException方法。这个interface主要用于处理JAVA的callback代码中没有捕获的异常。
注意，在uncaughtException方法中，不能抛出异常，任何从这个方法抛出的异常都会被忽略。
METHOD_NAME这个字段指定了Callback要调用的方法。
如果Callback类中只定义了一个public的方法，那么默认callback方法就是这个方法。如果Callback类中定义了多个public方法，那么会选择METHOD_NAME = "callback"的这个方法作为callback。
最后一个属性就是FORBIDDEN_NAMES。表示在这个列表里面的名字是不能作为callback方法使用的。
目前看来是有三个方法名不能够被使用，分别是："hashCode", "equals", "toString"。
Callback还有一个同胞兄弟叫做DLLCallback，我们来看下DLLCallback的定义：
public interface DLLCallback extends Callback {
@java.lang.annotation.Native
int DLL_FPTRS = 16;
}
DLLCallback主要是用在Windows API的访问中。
对于callback对象来说，需要我们自行负责对callback对象的释放工作。如果native代码尝试访问一个被回收的callback，那么有可能会导致VM崩溃。
callback的应用 callback的定义因为JNA中的callback实际上映射的是native中指向函数的指针。首先看一下在struct中定义的函数指针：
struct _functions {
int (*open)(const char*,int);
int (*close)(int);
};
在这个结构体中，定义了两个函数指针，分别带两个参数和一个参数。
对应的JNA的callback定义如下：
public class Functions extends Structure {
public static interface OpenFunc extends Callback {
int invoke(String name, int options);
}
public static interface CloseFunc extends Callback {
int invoke(int fd);
}
public OpenFunc open;
public CloseFunc close;
}
我们在Structure里面定义两个接口继承自Callback，对应的接口中定义了相应的invoke方法。
然后看一下具体的调用方式：
Functions funcs = new Functions();
lib.init(funcs);
int fd = funcs.open.invoke("myfile", 0);
funcs.close.invoke(fd);
另外Callback还可以作为函数的返回值，如下所示：
typedef void (*sig_t)(int);
sig_t signal(int signal, sig_t sigfunc);
对于这种单独存在的函数指针，我们需要自定义一个Library,并在其中定义对应的Callback，如下所示：
public interface CLibrary extends Library {
public interface SignalFunction extends Callback {
void invoke(int signal);
}
SignalFunction signal(int signal, SignalFunction func);
}
callback的获取和应用
如果callback是定义在Structure中的，那么可以在Structure进行初始化的时候自动实例化，然后只需要从Structure中访问对应的属性即可。
如果callback定义是在一个普通的Library中的话，如下所示：
public static interface TestLibrary extends Library {
interface VoidCallback extends Callback {
void callback();
}
interface ByteCallback extends Callback {
byte callback(byte arg, byte arg2);
}
void callVoidCallback(VoidCallback c);
byte callInt8Callback(ByteCallback c, byte arg, byte arg2);
}
上例中，我们在一个Library中定义了两个callback，一个是无返回值的callback，一个是返回byte的callback。
JNA提供了一个简单的工具类来帮助我们获取Callback，这个工具类就是CallbackReference，对应的方法是CallbackReference.getCallback,如下所示：
Pointer p = new Pointer("MultiplyMappedCallback".hashCode());
Callback cbV1 = CallbackReference.getCallback(TestLibrary.VoidCallback.class, p);
Callback cbB1 = CallbackReference.getCallback(TestLibrary.ByteCallback.class, p);
log.info("cbV1:{}",cbV1);
log.info("cbB1:{}",cbB1);
输出结果如下：
INFO com.flydean.CallbackUsage - cbV1:Proxy interface to native function@0xffffffffc46eeefc (com.flydean.CallbackUsage$TestLibrary$VoidCallback)
INFO com.flydean.CallbackUsage - cbB1:Proxy interface to native function@0xffffffffc46eeefc (com.flydean.CallbackUsage$TestLibrary$ByteCallback)
可以看出，这两个Callback实际上是对native方法的代理。如果详细看getCallback的实现逻辑：
private static Callback getCallback(Class<?> type, Pointer p, boolean direct) {
if (p == null) {
return null;
}
if (!type.isInterface())
throw new IllegalArgumentException("Callback type must be an interface");
Map<Callback, CallbackReference> map = direct ? directCallbackMap : callbackMap;
synchronized(pointerCallbackMap) {
Reference<Callback>[] array = pointerCallbackMap.get(p);
Callback cb = getTypeAssignableCallback(type, array);
if (cb != null) {
return cb;
}
cb = createCallback(type, p);
pointerCallbackMap.put(p, addCallbackToArray(cb,array));
// No CallbackReference for this callback
map.remove(cb);
return cb;
}
}
可以看到它的实现逻辑是首先判断type是否是interface，如果不是interface则会报错。然后判断是否是direct mapping。实际上当前JNA的实现都是interface mapping，所以接下来的逻辑就是从pointerCallbackMap中获取函数指针对应的callback。然后按照传入的类型来查找具体的Callback。
如果没有查找到，则创建一个新的callback，最后将这个新创建的存入pointerCallbackMap中。
大家要注意， 这里有一个关键的参数叫做Pointer，实际使用的时候，需要传入指向真实naitve函数的指针。上面的例子中，为了简便起见，我们是自定义了一个Pointer，这个Pointer并没有太大的实际意义。
如果真的要想在JNA中调用在TestLibrary中创建的两个call方法：callVoidCallback和callInt8Callback，首先需要加载对应的Library：
TestLibrary lib = Native.load("testlib", TestLibrary.class);
然后分别创建TestLibrary.VoidCallback和TestLibrary.ByteCallback的实例如下，首先看一下VoidCallback：
final boolean[] voidCalled = { false };
TestLibrary.VoidCallback cb1 = new TestLibrary.VoidCallback() {
@Override
public void callback() {
voidCalled[0] = true;
}
};
lib.callVoidCallback(cb1);
assertTrue("Callback not called", voidCalled[0]);
这里我们在callback中将voidCalled的值回写为true表示已经调用了callback方法。
再看看带返回值的ByteCallback:
final boolean[] int8Called = {false};
final byte[] cbArgs = { 0, 0 };
TestLibrary.ByteCallback cb2 = new TestLibrary.ByteCallback() {
@Override
public byte callback(byte arg, byte arg2) {
int8Called[0] = true;
cbArgs[0] = arg;
cbArgs[1] = arg2;
return (byte)(arg + arg2);
}
};
final byte MAGIC = 0x11;
byte value = lib.callInt8Callback(cb2, MAGIC, (byte)(MAGIC*2));
我们直接在callback方法中返回要返回的byte值即可。
在多线程环境中使用callback默认情况下， callback方法是在当前的线程中执行的。如果希望callback方法是在另外的线程中执行，则可以创建一个CallbackThreadInitializer,指定daemon,detach,name,和threadGroup属性：
final String tname = "VoidCallbackThreaded";
ThreadGroup testGroup = new ThreadGroup("Thread group for callVoidCallbackThreaded");
CallbackThreadInitializer init = new CallbackThreadInitializer(true, false, tname, testGroup);
然后创建callback的实例：
TestLibrary.VoidCallback cb = new TestLibrary.VoidCallback() {
@Override
public void callback() {
Thread thread = Thread.currentThread();
daemon[0] = thread.isDaemon();
name[0] = thread.getName();
group[0] = thread.getThreadGroup();
t[0] = thread;
if (thread.isAlive()) {
alive[0] = true;
}
++called[0];
if (THREAD_DETACH_BUG && called[0] == 2) {
Native.detach(true);
}
}
};
然后调用:
Native.setCallbackThreadInitializer(cb, init);
将callback和CallbackThreadInitializer进行关联。
最后调用callback方法即可：
lib.callVoidCallbackThreaded(cb, 2, 2000, "callVoidCallbackThreaded", 0);
总结
JNA中的callback可以实现向native方法中传递方法的作用，在某些情况下用处还是非常大的。
本文的代码：github.com/ddean2009/learn-java-base-9-to-20.git
本文已收录于 www.flydean.com/09-jna-callbacks/
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