本地方法中printf如何传给java--java系统级命名管道

本地方法中printf如何传给java--java系统级命名管道

摘自：https://blog.csdn.net/dog250/article/details/6007301

2010年11月13日 19:24:00

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遇到很多人，都想知道在调试jni的时候怎么得到c语言printf的输出，这个问题其实有多种解决方法，其中最直观的就是不用printf，直接定义一个本地方法，返回一个jstring，这样在java需要得到信息的时候自己去取就可以了，或者通过c操作java虚拟机的方式，用c代码得到java对象，然后调用其方法把字符串送给java。这两种方式一种是取一种是送，感觉都少不了两者的直接参与，如果能实现一个管道，那就好了！
     java好像不支持命名管道，这样java的管道类就只能在同一个java虚拟机实例中实现线程间通信，并且这种管道不是系统级别的，它只是jvm中的，除非使用套接字。既然java没有内置的命名管道，能否自己定义一个呢？有了它就可以实现跨虚拟机实例的java线程间通信了，并且还可以和c/c++等本地语言编写的进程进行通信。实际上，此问题就是这样被引出的，java通过jni调用了c程序，然而c的printf却无法被java捕获，除非使用文件或者套接字等重定向方案，然而如果系统级管道可用的话，那就再好不过了，这里不需要命名的管道，匿名的就可以，因为实现jni的动态库和java程序是在一个jvm实例中的，因此在一个进程空间内，因此动态库中的printf重定向到该管道即可，要想使用原生的系统级管道，必然需要拿到一个文件的描述符，查遍了java的API。发现有一个FileDescriptor类可用，看了它的java源码，貌似它有一个fd字段，该字段不可设置，是private的，而且它还有一个standardStream私有方法，可以传入一个fd描述符：
public final class FileDescriptor {
     private int fd;
    private long handle;
    public FileDescriptor() {
    ...
    }
    private FileDescriptor(int fd) {
    this.fd = fd;
        handle = -1;
    }
    static {
        initIDs();
    }
    public static final FileDescriptor in = standardStream(0);
    public static final FileDescriptor out = standardStream(1);
    public static final FileDescriptor err = standardStream(2);
    ...
    private static FileDescriptor standardStream(int fd) {
        FileDescriptor desc = new FileDescriptor();
        desc.handle = set(fd);
        return desc;
    }
}
这个FileDescriptor类显得很完备，但是却不好用，其实这是一个低层的类，java根本不希望有人直接使用它，说实话它是在File类之下的，不想linux上，文件是个描述符，windows上文件是个句柄(二者都是内核资源数组的索引)，在java中，File是一个对象，而FileDescriptor是对应于操作系统的“文件描述符”，它是和系统相关的，而系统相关的东西，java是不希望用户直接使用的哦！你能从一个File对象中getFD，然而却不能set，也不能通过FileDescriptor构造一个File对象。
     既然该提供的都提供了，那就想办法设置它的fd，将之设置成一个系统级管道的fd。现在问题来了，在哪里创建管道呢？既然java不提供系统级管道的创建方法并且java的FileDescriptor类的fd还是私有的，那么肯定在本地方法中设置了，首先展示出了下面的本地方法，创建了管道并且设置了FileDescriptor的fd字段，本地方法可以完全绕开java虚拟机的限制，它和jvm是并列的，甚至可以操作jvm本身：
int fdw; //用于后续的本地方法中的输出。
JNIEXPORT jobject JNICALL Java_test_pipe_1for_1read (JNIEnv * env, jclass cls)
{
    jobject fdsc;
    jclass cls;
    jmethodID cons_mid;
        jfieldID field;
        cls = (*env)->FindClass(env, "java/io/FileDescriptor");
    pipe(fds);
    fdw = fds[1];
        cons_mid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "<init>", "()V");
        fdsc = (*env)->NewObject(env, cls, cons_mid);
        field = (*env)->GetFieldID(env, cls, "fd", "I");
        (*env)->SetIntField(env, ret, field, fds[0]);
        return fdsc;
}
然后看一下java的调用：
public class test {
        public native void Wrapper_main();
        public native static FileDescriptor pipe_for_read();
        public FileInputStream in;
        static {
                System.loadLibrary("stunnel");
        }
        public test() {
                FileDescriptor  pipe = pipe_for_read();
                this.in = new FileInputStream(pipe);
        }
        public static void main(String[] args) throws IOException {
                final test t = new test();
                new Thread(){
                        public void run(){
                                t.Wrapper_main();
                        }
                }.start();
                while (true) {
                        System.out.println(t.in.read());
                }
    }
}
本地方法Wrapper_main的实现：
JNIEXPORT void JNICALL Java_test_Wrapper_1main (JNIEnv *env, jobject obj)
{
    ...
    write(fdw, buf, 1);
    ...
}
现在就是fdw如何得到的问题了，可以使用全局变量，但是前提是实现Wrapper_main的库必须和pipe_for_read是同一个，如果不是同一个，那么只能在进程这个层次上查找对应的文件描述符了--它们毕竟属于同一个进程，如果再没有建立其它管道的话，可以通过/proc/pid/fd目录下的描述符查找，或者使用system函数执行lsof命令来找到它...，另外你可以直接使用dup2系统调用将stdout重定向到fdw，但是这样的话你在java中就不能使用System.out了，否则会循环的(因为你已经重定向了标准输出)，不管怎样都没有创建一个命名管道更方便，只要有名字就可以了，不在乎在那个动态库中。既然可以在本地方法中创建匿名管道并将fd交给java的FileDscriptor类，那肯定可以创建命名管道，只需要将pipe函数改为mkfifo和open即可，需要的无非是提供一个操作系统级别的文件描述符罢了，并且如果管道名称如果从java中传来的话，还需要将jstring转化为char*。
      事情做到这一步，再进一步就是为java封装一个命名/匿名管道的类了，这样便于以后使用，这难免要写本地方法，但是对于每一个平台写一个本地库就可以了，以后可以直接使用这个封装好的java管道类，一劳永逸！这个管道不是java自带的管道，它可是系统级别的管道哦：
1.编写NamedPipeStream.java，封装一个NamedPipeStream类，用于支持命名/匿名管道，这里没有使用包：
import java.io.*;
public class NamedPipeStream {
        public native static FileDescriptor[] get_named(String name);
        public native static FileDescriptor[] get_anony();
        private FileInputStream in;
        private FileOutputStream out;
        static {
                System.loadLibrary("pipe");
        }
        public NamedPipeStream(String name) { 
                FileDescriptor fd[];
                if (name != null)
                        fd = get_named(name);
                else
                        fd = get_anony();
                this.in = new FileInputStream(fd[0]);
                this.out = new FileOutputStream(fd[1]);
        }
        public NamedPipeStream() {
                this(null);
        } 
        public int read()throws Exception {
                return this.in.read();
        }
        public int read(byte[] b)throws Exception  {
                return this.in.read(b); 
        }
        public int read(byte[] b, int off, int len)throws Exception {
                return this.in.read(b, off, len);
        }

public void write(int b)throws Exception {
                this.out.write(b);
        }
        public void write(byte[] b)throws Exception  {
                this.out.write(b); 
        }
        public void write(byte[] b, int off, int len)throws Exception {
                this.out.write(b, off, len);
        }
}
2.编写pipe.c的实现文件，用于创建管道并且返回java的FileDescriptor对象：
#include <jni.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
char* convert(JNIEnv* env, jstring str)
{
       ...
} 
JNIEXPORT jobjectArray JNICALL Java_InputNamedPipeStream_get_1named (JNIEnv *env, jclass cls, jstring str)
{
        jfieldID field_fd;
        jmethodID const_fdesc;
        jclass class_fdesc, class_ioex;
        jobject ret[2];
        int fds[2];
        //这里需要想办法导出两个描述符，否则就需要全局变量了
        if (str) { //创建命名管道
                char name = convert(env, str); //将jstring转为char*
                /*
                        1.mkfifo(name, ...);
                        2.open出一个写的为fds[1];
                        3.open出一个读的为fds[0];
                */
        } else {  //创建匿名管道
                int rv = pipe(fds);
        }
        class_ioex = (*env)->FindClass(env, "java/io/IOException");
        class_fdesc = (*env)->FindClass(env, "java/io/FileDescriptor");
        const_fdesc = (*env)->GetMethodID(env, class_fdesc, "<init>", "()V");
        ret[0] = (*env)->NewObject(env, class_fdesc, const_fdesc);
        ret[1] = (*env)->NewObject(env, class_fdesc, const_fdesc);
        field_fd = (*env)->GetFieldID(env, class_fdesc, "fd", "I");
        //(*env)->SetIntField(env, ret, field_fd, [根据读或者写将fds的不同元素置于此]);
        (*env)->SetIntField(env, ret[0], field_fd, fds[0]);
        (*env)->SetIntField(env, ret[0], field_fd, fds[1]);
        return ret;
}
JNIEXPORT jobjectArray JNICALL Java_InputNamedPipeStream_get_1anony (JNIEnv *env, jclass cls)
{
        return Java_InputNamedPipeStream_get_1named(env, cls, NULL);
}
3.使用NamedPipeStream类(略)。
PS：java的初衷在于让你避开系统，可以避开系统直接处理业务，可是我却一而再再而三的使用java来接近系统底层，这是一种十分愚蠢的返祖行为！