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Java19新特性中外部函数与内存API

作者：Flying_Fish_Xuan

Java19引入的外部函数与内存API（预览功能）是Project Panama一部分,旨在简化Java与本地代码及非堆内存的交互,提供更低层次的编程能力,解决了传统JNI调用的复杂性、安全性和性能局限,特别适合高性能计算和系统编程领域,感兴趣的可以了解一下

Java 19 引入了全新的外部函数与内存 API（Foreign Function & Memory API），这是一个预览功能，旨在为开发者提供更低层次的编程能力，使得 Java 程序可以更加高效地与本地代码（native code）和非堆内存（off-heap memory）交互。该 API 是 Project Panama 的一部分，其目标是消除 Java 与本地库之间的隔阂，让开发者可以安全且高效地调用本地函数和操作本地内存。

在传统的 Java 开发中，通过 JNI（Java Native Interface）调用本地代码是一种常见方式，但 JNI 存在复杂性、安全性和性能上的局限。Java 19 的外部函数与内存 API 致力于提供一种更为现代化、简化的替代方案，允许 Java 直接与本地代码和内存交互。

一、外部函数与内存 API 简介

外部函数与内存 API 的核心目标是提供一种更简便、安全的方式来访问外部（即非 Java 的本地）资源。这包括：

这两个功能的结合，极大地提升了 Java 在高性能计算和系统编程领域的潜力。

二、外部函数 API

外部函数 API 主要提供了调用本地函数的能力。通过此 API，Java 程序员可以在无需手动编写复杂的 JNI 代码的情况下，轻松调用本地库中的 C 函数。这个 API 使用 MethodHandle 来动态地处理外部函数调用，极大简化了与本地代码的交互。

基本调用流程：

示例代码：调用 C 的 strlen 函数

假设我们想调用 C 标准库中的 strlen 函数：

import java.lang.foreign.MemorySegment;
import java.lang.foreign.SymbolLookup;
import java.lang.invoke.MethodHandle;
import java.lang.invoke.MethodType;

public class ForeignFunctionExample {
    public static void main(String[] args) throws Throwable {
        // 查找并加载 C 库中的符号 "strlen"
        SymbolLookup stdlib = SymbolLookup.loaderLookup();
        MethodHandle strlen = stdlib.find("strlen").get().asHandle(MethodType.methodType(long.class, MemorySegment.class));

        // 使用 MemorySegment 表示字符串
        MemorySegment cString = MemorySegment.allocateNative(10); // 分配 10 个字节的本地内存
        cString.asByteBuffer().put("Hello".getBytes());           // 将 "Hello" 写入本地内存

        // 调用 strlen 函数，计算字符串的长度
        long length = (long) strlen.invoke(cString);
        System.out.println("String length: " + length); // 输出: 5
    }
}

解释：

三、内存 API

内存 API 允许 Java 程序操作本地内存（即堆外内存），不再局限于 JVM 管理的堆内存。这对于高性能计算应用非常重要，尤其是处理大数据量或需要避免 GC（垃圾收集）对性能影响的场景。

内存 API 提供了以下核心功能：

内存 API 示例：本地内存分配与操作

import java.lang.foreign.MemorySegment;
import java.nio.ByteBuffer;

public class MemoryApiExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 分配本地内存（10 字节）
        MemorySegment segment = MemorySegment.allocateNative(10);

        // 获取 ByteBuffer 进行操作
        ByteBuffer byteBuffer = segment.asByteBuffer();
        byteBuffer.putInt(42); // 将整数 42 写入本地内存

        // 读取本地内存中的整数
        byteBuffer.flip(); // 切换为读取模式
        int value = byteBuffer.getInt();
        System.out.println("Value from native memory: " + value); // 输出: 42

        // 释放内存
        segment.close();
    }
}

解释：

四、外部函数与内存 API 的优势

相比传统的 JNI，Java 19 的外部函数与内存 API 提供了诸多优势：

五、使用场景

外部函数与内存 API 尤其适合以下场景：

六、与 JNI 的比较

特性外部函数与内存 APIJNI
易用性提供了更高层次的 API，简化使用需要编写本地代码，复杂度较高
安全性内置边界检查和内存管理需要手动管理内存，容易出错
性能高效的本地函数调用，减少开销相对较高的上下文切换开销
跨平台支持直接在 Java 中调用本地库，跨平台需要针对每个平台单独编译
内存管理内置生命周期管理，防止泄漏需要手动管理，容易引发内存泄漏

七、未来展望

Java 19

的外部函数与内存 API 是作为预览功能发布的，随着 Java 语言的发展，这一功能将在未来的版本中得到进一步优化和完善。Project Panama 的目标是让 Java 在跨语言编程和高性能计算方面更具竞争力，外部函数与内存 API 是实现这一目标的重要里程碑。

开发者可以在实际项目中尝试这一 API，以评估其对性能的提升和编程的便利性。未来版本中，随着 API 的稳定和正式发布，它将会成为 Java 处理本地代码与内存的标准工具。

八、总结

Java 19 的外部函数与内存 API 为开发者提供了更强大的本地代码调用和内存操作能力。通过简化的接口设计和内置的安全机制，开发者可以更轻松地调用 C/C++ 函数并操作堆外内存，从而提高应用性能。相比传统的 JNI，新 API 提供了更易用、更安全的开发体验，并且特别适合需要高性能和本地库集成的场景。

到此这篇关于Java19新特性中外部函数与内存API的文章就介绍到这了,更多相关Java19 外部函数与内存API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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