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java高级用法之JNA中的回调问题

作者：flydean程序那些事

这篇文章主要介绍了java高级用法之:JNA中的回调,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

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：https://github.com/ddean2009/learn-java-base-9-to-20.git

到此这篇关于java高级用法之:JNA中的回调的文章就介绍到这了,更多相关java JNA回调内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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