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Semelhante a Javaにおけるネイティブコード連携の各種手法の紹介
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Javaにおけるネイティブコード連携の各種手法の紹介
- 2. 自己紹介 久納 孝治 (ひさのう こうじ) NTTレゾナント・テクノロジーでRemote TestKitを作っています。 「今まで作ったもの」 世界初のケータイJava向けGameBoyエミュレータ (2002年のJavaOneで発表) http://www.itmedia.co.jp/mobile/0209/26/n_game.html Skype社の公認のオフィシャルAPIに選定されたSkype4Java http://www.itmedia.co.jp/enterprise/articles/0710/05/news132.html Pure JavaによるDalvik VMインタープリタ http://code.google.com/p/android-dalvik-vm-on-java/ MIDP→iアプリ変換ツール (Opera Miniのiアプリ版で採用) http://www.itmedia.co.jp/mobile/articles/1106/15/news106.html など
- 3. Pure JavaによるDalvik VMインタープリタ AndroidのDalvik VMの仕様書から実装 Java ME上で動作するインタープリタ (知る限りではクリーンルーム実装では世界初) サポートしている機能 Dalvik VMの全命令 Java ME CLDCのAPI群 wait・notify等を含むマルチスレッド関連(グリーンスレッドで実現)
- 4. MIDPアプリ→iアプリ変換ツール Java MEのMIDPアプリのjarをiアプリのjarに静的変換するツール + MIDP APIのランタイム から構成 静的変換ツールはjavassistライブラリを用いて実装 ・javax.microeditionのクラス参照をtv.hisano.doja.runtime.midpパッケージに変換 ・System#getProperty呼び出しを独自のクラスメソッド呼び出しに変換 ・Class#getResourceAsStream呼び出しを独自のクラスメソッド呼び出しに変換 ・などなど MIDP APIのランタイムをクリーンルーム実装 ・ピュアJavaのPNGデコーダを組み込み ・OpenGLを用いた高速な画面描画コンポーネントを組み込み Opera社とOpera miniのiアプリ版としてリリース(現在は公開終了)
- 5. 本編
- 6. Javaでネイティブコードを使う意義 Javaで書かれていない豊富な各種ライブラリの利用 例: TensorFlow、Bonanza 弊社での利用例: コンピュータビジョンライブラリ(OpenCV)、iOS端末管理 (libimobiledevice)、ChromeのPDFエンジン(Pdfium) OS特有の機能の利用 例: Windowsのジャンプ・リスト、OS Xの通知センター 弊社での利用例: プロセス情報取得(winp)、UNIXドメインソケット(junixsocket) GPU・CPUをフルに使った高速化 例: DirectX、WebRTC 弊社での利用例: 音声・ビデオコーデック(OpenH264) 既存資産のポーティングの手間の軽減
- 7. ネイティブコードを組み込む方法 開発工数 品質 できること ① ラップした既存ライブラリを利用 ◎ ？ △ ② Javaのみでネイティブ連携を行えるライブラリ を利用 ○ ○ ○ ③ JNIを利用 △ △ ◎
- 9. GitHubで既存ライブラリを検索 アドバンスド検索 https://github.com/search/advanced プレフィックスを用いた絞り込み https://help.github.com/categories/search/ 他の応用例: jnrとjnaどちらが使われているか？ jna filename:pom.xml fork:false→3263件 jnr-ffi filename:pom.xml fork:false→47件
- 10. 利用例: JavaCV JavaからOpenCVを使えるライブラリ OpenCVにも本家Javaライブラリがあるものの、セットアップの容易さからJavaCV がオススメ Apacheライセンス or クラスパス例外ありのGPLのデュアルライセンス 類似領域検索での利用例
- 11. 利用例: winp JavaからWindowsのプロセス管理を行うためのライブラリ Jenkinsを作られている川口さん作でMITライセンス サポートしている機能 プロセス情報の取得 プロセスの強制終了 プロセスの優先順位変更 OSからのログオフ・リブート など プロセス一覧を表示するコード
- 13. この手法のメリット JNIで連携コードを別途書く必要なし OSごとのネイティブライブラリの準備が不要 Javaのデバッガを用いての開発が可能
- 14. com4j COMコンポーネントをJavaから使えるようにするライブラリ Jenkinsを作られている川口さん作 BSDライセンス ライブラリを生成 ライブラリを利用
- 15. SWTのinternal API EclipseのGUIライブラリのSWTの下回り(org.eclipse.swt.internal)には大量のOS特 有コード Windows: Win32/Win64 OS X: Cocoa Skype4Javaでの利用例
- 16. JNA JavaインターフェイスでC関数を定義するとバインドしてくれるライブラリ Apacheライセンス or LGPLのデュアルライセンス 似たライブラリとしてJNRあり ① JavaインターフェイスでC関数を定義 ② インターフェイス定義からプロキシを生成 ③ 実際の処理で利用
- 21. JavaCPP Javaクラス + アノテーションでC++クラスを定義すると、クラス定義を元にJNI コードを生成して使えるようにしてくれるライブラリ JavaCVの下支えのライブラリ Apacheライセンス or GPLのデュアルライセンス javacpp-presetsリポジトリに豊富な定義が存在(CUDA、FFmpeg等) TensorFlowの定義も追加！ おそらく次のバージョンで楽に使えるように。 https://github.com/bytedeco/javacpp- presets/blob/master/tensorflow/src/main/java/org/bytedeco/javacpp/tensorflo w.java
- 22. 今まで紹介した手法の問題点 不正なポインタを利用するとプロセスごと落ちてしまう問題あり 各OS・CPUアーキテクチャごとにネイティブライブラリを用意する必要あり LLVMを調査している時にいい手法を思いついたので、 j2js2nc(Java to JavaScript to Native Code)ライブラリ を作ってみました！
- 23. LLVMの紹介 コンパイラ開発に必要な各種コンポーネントを提供するコンパイラ基盤 Clang: C/C++/Objective-Cから中間表現のIRを生成するコンポーネント LLVM Core: IRから各種CPU向けバイナリを生成するための各種コンポーネント LLDB: ClangやLLVM Coreを使って実装されたデバッガ BSDライセンスに似た使いやすいライセンス (ユーザ目線では新しいコンパイラと捉えるのがいいかも) Clang C/C++フロントエンド LLVM Optimizer x86バックエンド ARMバックエンド PowerPCバックエンド
- 24. Emscriptenの紹介 C/C++コードをJavaScriptにコンパイルするツール Unity等での応用例: https://github.com/kripken/emscripten/wiki/Porting- Examples-and-Demos Win 32 APIでの応用例: https://github.com/klutzy/win32.js MS-DOSゲーム: https://archive.org/details/softwarelibrary_msdos_games Windows・OS X・Linux向けに提供 LLVMのバックエンドでCPU特有のバイナリではなく、JavaScriptコードを生成 JavaScriptサブセット仕様のasm.jsを用いて高速化 Clang C/C++フロントエンド LLVM Optimizer Emscriptenバックエンド(Fastcomp)
- 26. j2js2ncライブラリの紹介 j2js2ncはEmscripten版JNA Emscriptenを利用するメリット ネイティブコードが、マシン語ではなくJavaScriptとなるため、OSやCPUに非依存 Nashorn上でマシン語相当が動作するため、不正なポインタによってプロセスが終了する ことがない JNA 4.1の下回りを実装し直して実現しているため、JNAの豊富な高度な機能はそ のまま利用可能 Javaインスタンスの自動マッピング メソッド→関数のマッピングルール変更 など C/C++コード JavaScript Java Emscriptenで変換 生成されたJavaScriptコードはJava 8から搭載されたNashorn上で実行 Javaインターフェイス + j2js2ncでC関数を自動バインド
- 27. j2js2ncの具体的な利用の流れ #include <stdio.h> #include <stdlib.h> void hello(char *name) { printf("Hello, %s!n", name); } $ emcc hello.c -s EXPORTED_FUNCTIONS="['_hello']" -o js/hello.js package jp.hisano.sample; import jp.hisano.j2js2nc.Library; import jp.hisano.j2js2nc.Native; public class Main { public interface Hello extends Library { void hello(String name); } public static void main(String[] args) throws Exception { Hello library = (Hello) Native.loadLibrary("hello", Hello.class); library.hello("j2js2nc"); } } hello.dll等に相当するhello.jsを生成 Libraryインターフェイスを継承してメソッドを定義するだけ でC関数が利用可能
- 29. JNAでの内部処理 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> void hello(char *name) { printf("Hello, %s!n", name); } Hello library = (Hello) Native.loadLibrary("hello", Hello.class); library.hello("j2js2nc"); JNA処理 1. StringインスタンスをJNAオブジェクトに変換(NativeString インスタンスの生成) 2. JNAオブジェクトからネイティブオブジェクトに変換 (malloc関数でバイト配列を確保) 3. libffi経由でネイティブライブラリの関数を呼び出し GC実行時 1. finalizeメソッド実行時にfree関数が呼び出されて解放
- 30. j2js2ncでの内部処理 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> void hello(char *name) { printf("Hello, %s!n", name); } Hello library = (Hello) Native.loadLibrary("hello", Hello.class); library.hello("j2js2nc"); J2js2ncの処理 1. Stringインスタンスをj2js2ncオブジェクトに変換 (NativeStringインスタンスの生成) 2. j2js2ncオブジェクトからネイティブオブジェクトに変換 (_malloc関数でバイト配列を確保) 3. javax.script経由でJavaScript関数を呼び出し GC実行時 1. finalizeメソッド実行時に_free関数が呼び出されて解放 JNA処理 1. StringインスタンスをJNAオブジェクトに変換(NativeString インスタンスの生成) 2. JNAオブジェクトからネイティブオブジェクトに変換 (malloc関数でバイト配列を確保) 3. libffi経由でネイティブライブラリの関数を呼び出し
- 31. いろいろな問題とその解決方法