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本地方法棧

對于一個運作中的Java程式而言，它還可能會用到一些跟本地方法相關的資料區。當某個線程調用一個本地方法時，它就進入了一個全新的并且不再受虛拟機限制的世界。本地方法可以通過本地方法接口來通路虛拟機的運作時資料區，但不止如此，它還可以做任何它想做的事情。

本地方法本質上時依賴于實作的，虛拟機實作的設計者們可以自由地決定使用怎樣的機制來讓Java程式調用本地方法。

任何本地方法接口都會使用某種本地方法棧。當線程調用Java方法時，虛拟機會建立一個新的棧幀并壓入Java棧。然而當它調用的是本地方法時，虛拟機會保持Java棧不變，不再線上程的Java棧中壓入新的幀，虛拟機隻是簡單地動态連接配接并直接調用指定的本地方法。

如果某個虛拟機實作的本地方法接口是使用C連接配接模型的話，那麼它的本地方法棧就是C棧。當C程式調用一個C函數時，其棧操作都是确定的。傳遞給該函數的參數以某個确定的順序壓入棧，它的傳回值也以确定的方式傳回調用者。同樣，這就是虛拟機實作中本地方法棧的行為。

很可能本地方法接口需要回調Java虛拟機中的Java方法，在這種情況下，該線程會儲存本地方法棧的狀态并進入到另一個Java棧。

下圖描繪了這樣一個情景，就是當一個線程調用一個本地方法時，本地方法又回調虛拟機中的另一個Java方法。

這幅圖展示了JAVA虛拟機内部線程運作的全景圖。一個線程可能在整個生命周期中都執行Java方法，操作它的Java棧；或者它可能毫無障礙地在Java棧和本地方法棧之間跳轉。

該線程首先調用了兩個Java方法，而第二個Java方法又調用了一個本地方法，這樣導緻虛拟機使用了一個本地方法棧。假設這是一個C語言棧，其間有兩個C函數，第一個C函數被第二個Java方法當做本地方法調用，而這個C函數又調用了第二個C函數。之後第二個C函數又通過本地方法接口回調了一個Java方法（第三個Java方法），最終這個Java方法又調用了一個Java方法（它成為圖中的目前方法）。

#Java虛拟機棧和本地方法棧分析

1. Java虛拟機棧（Java Virtual Machine Stacks）

線程私有，它的生命周期與線程相同。描述的是Java方法執行的記憶體模型：每個方法在執行的同時都會建立一個棧幀（Stack Frame）用于存儲局部變量表、

操作數棧、動态連結、方法出口等資訊。每一個方法從調用直至執行完成的過程，對應着一個棧幀在虛拟機中入棧到出棧的過程。

有人會把Java記憶體區分為堆記憶體（Heap）和棧記憶體（Stack），這種分發太過粗糙，Java記憶體區域的劃分實際上遠比這個要複雜很多，

這種劃分隻是說大多數程式員最關注的、與對象記憶體配置設定關系最密切的記憶體區域是這兩塊。“棧記憶體”就是指虛拟機棧，或者說是虛拟機棧中的局部變量表部分。

局部變量表存放着編譯期可知的各種基本資料類型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、對象引用（reference類型，

它不等同于對象本身，可能是一個指向對象起始位址的引用指針，也可能是指向一個代表對象的句柄或其他與此對象相關的位置）和returnAddress類型（指向了一個位元組碼指令的位址）。

其中64位長度的long和double類型的資料會占用2個局部變量空間（Slot），其餘的資料類型隻占用1個。局部變量表所需的記憶體空間在編譯期間完成配置設定，

當進入一個方法時，這個方法需要在幀中配置設定多大的局部變量空間是完全确定的，在運作期間不會改變局部變量表的大小。

在java虛拟機規範中，對這個區域定了兩種異常狀況：如果線程請求的棧深度大于虛拟機所允許的深度，将抛出一個StackOverflowError異常；

如果虛拟機棧可以動态擴充而在擴充時無法申請到足夠的記憶體，就會抛出一個OutOfMemoryError異常。

StackOverflowError：線程請求的棧深度大于虛拟機所允許的深度。

OutOfMemoryError：如果虛拟機棧可以動态擴充，而擴充時無法申請到足夠的記憶體。

2. 本地方法棧（Native Method Stack）

在虛拟機規範中對本地方法棧中方法使用的語言、使用方式與資料結構并沒有強制規定，是以具體的虛拟機可以自由實作它。

甚至有的虛拟機（比如：Sun HotSpot虛拟機）直接就把本地方法棧和虛拟機棧合二為一。與虛拟機一樣，

本地方法棧區域也會抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。

兩者之間的差別：

• 本地方法棧和虛拟機棧所發揮的作用時非常相似的，它們之間的差別隻不過是虛拟機棧為虛拟機執行Java方法服務，
• 而本地方法棧則為虛拟機使用到Native方法服務。

本地方法棧與虛拟機棧所發揮的作用時非常相似的，它們之間的差別不過是虛拟機棧為虛拟機執行Java方法（也就是位元組碼）服務，而本地方法棧則為虛拟機使用到的的Native方法服務

什麼是Native Method

簡單地講，一個Native Method就是一個java調用非java代碼的接口。一個Native Method是這樣一個java的方法：該方法的實作由非java語言實作，比如C。這個特征并非java所特有，很多其它的程式設計語言都有這一機制，比如在C＋＋中，你可以用extern "C"告知C＋＋編譯器去調用一個C的函數。

“A native method is a Java method whose implementation is provided by non-java code.”

在定義一個native method時，并不提供實作體（有些像定義一個java interface），因為其實作體是由非java語言在外面實作的。，下面給了一個示例：

public class IHaveNatives
{
native public void Native1( int x ) ;
native static public long Native2() ;
native synchronized private float Native3( Object o ) ;
native void Native4( int[] ary ) throws Exception ;
}
           

這些方法的聲明描述了一些非java代碼在這些java代碼裡看起來像什麼樣子（view）.

辨別符native可以與所有其它的java辨別符連用，但是abstract除外。這是合理的，因為native暗示這些方法是有實作體的，隻不過這些實作體是非java的，但是abstract卻顯然的指明這些方法無實作體。native與其它java辨別符連用時，其意義同非Native Method并無差别，比如native static表明這個方法可以在不産生類的執行個體時直接調用，這非常友善，比如當你想用一個native method去調用一個C的類庫時。上面的第三個方法用到了native synchronized，JVM在進入這個方法的實作體之前會執行同步鎖機制（就像java的多線程。）一個native method方法可以傳回任何java類型，包括非基本類型，而且同樣可以進行異常控制。這些方法的實作體可以制一個異常并且将其抛出，這一點與java的方法非常相似。當一個native method接收到一些非基本類型時如Object或一個整型數組時，這個方法可以通路這非些基本型的内部，但是這将使這個native方法依賴于你所通路的java類的實作。有一點要牢牢記住：我們可以在一個native method的本地實作中通路所有的java特性，但是這要依賴于你所通路的java特性的實作，而且這樣做遠遠不如在java語言中使用那些特性友善和容易。 native method的存在并不會對其他類調用這些本地方法産生任何影響，實際上調用這些方法的其他類甚至不知道它所調用的是一個本地方法。JVM将控制調用本地方法的所有細節。需要注意當我們将一個本地方法聲明為final的情況。用java實作的方法體在被編譯時可能會因為内聯而産生效率上的提升。但是一個native final方法是否也能獲得這樣的好處卻是值得懷疑的，但是這隻是一個代碼優化方面的問題，對功能實作沒有影響。

如果一個含有本地方法的類被繼承，子類會繼承這個本地方法并且可以用java語言重寫這個方法（這個似乎看起來有些奇怪），同樣的如果一個本地方法被fianl辨別，它被繼承後不能被重寫。

本地方法非常有用，因為它有效地擴充了jvm.事實上，我們所寫的java代碼已經用到了本地方法，在sun的java的并發（多線程）的機制實作中，許多與作業系統的接觸點都用到了本地方法，這使得java程式能夠超越java運作時的界限。有了本地方法，java程式可以做任何應用層次的任務。

為什麼要使用Native Method

java使用起來非常友善，然而有些層次的任務用java實作起來不容易，或者我們對程式的效率很在意時，問題就來了。

######與java環境外互動：

有時java應用需要與java外面的環境互動。這是本地方法存在的主要原因，你可以想想java需要與一些底層系統如作業系統或某些硬體交換資訊時的情況。本地方法正是這樣一種交流機制：它為我們提供了一個非常簡潔的接口，而且我們無需去了解java應用之外的繁瑣的細節。

######與作業系統互動：

JVM支援着java語言本身和運作時庫，它是java程式賴以生存的平台，它由一個解釋器（解釋位元組碼）和一些連接配接到本地代碼的庫組成。然而不管怎 樣，它畢竟不是一個完整的系統，它經常依賴于一些底層（underneath在下面的）系統的支援。這些底層系統常常是強大的作業系統。通過使用本地方法，我們得以用java實作了jre的與底層系統的互動，甚至JVM的一些部分就是用C寫的，還有，如果我們要使用一些java語言本身沒有提供封裝的作業系統的特性時，我們也需要使用本地方法。

####Sun’s Java

Sun的解釋器是用C實作的，這使得它能像一些普通的C一樣與外部互動。jre大部分是用java實作的，它也通過一些本地方法與外界互動。例如：類java.lang.Thread 的 setPriority()方法是用java實作的，但是它實作調用的是該類裡的本地方法setPriority0()。這個本地方法是用C實作的，并被植入JVM内部，在Windows 95的平台上，這個本地方法最終将調用Win32 SetPriority() API。這是一個本地方法的具體實作由JVM直接提供，更多的情況是本地方法由外部的動态連結庫（external dynamic link library）提供，然後被JVM調用。

####JVM怎樣使Native Method跑起來

我們知道，當一個類第一次被使用到時，這個類的位元組碼會被加載到記憶體，并且隻會回載一次。在這個被加載的位元組碼的入口維持着一個該類所有方法描述符的list，這些方法描述符包含這樣一些資訊：方法代碼存于何處，它有哪些參數，方法的描述符（public之類）等等。

如果一個方法描述符内有native，這個描述符塊将有一個指向該方法的實作的指針。這些實作在一些DLL檔案内，但是它們會被作業系統加載到java程式的位址空間。當一個帶有本地方法的類被加載時，其相關的DLL并未被加載，是以指向方法實作的指針并不會被設定。當本地方法被調用之前，這些DLL才會被加載，這是通過調用java.system.loadLibrary()實作的。

最後需要提示的是，使用本地方法是有開銷的，它喪失了java的很多好處。如果别無選擇，我們可以選擇使用本地方法。**