JEP 454: Foreign Function & Memory API 集成至 JDK 22

主要观点

JEP 454（Foreign Function & Memory API）已从“Targeted”状态提升为“Integrated”状态，并计划在 JDK 22 中正式发布。该 API 旨在改进 Java 与本地代码的交互，提供更高效、更安全的方式来访问本地库和管理本地内存。

关键信息

1. 发展历程：

   • JEP 412（JDK 17）：首次孵化。
   • JEP 419（JDK 18）：第二次孵化。
   • JEP 424（JDK 19）：首次预览。
   • JEP 434（JDK 20）：第二次预览。
   • JEP 442（JDK 21）：第三次预览。
   • JEP 454（JDK 22）：正式集成。

2. 改进内容：

   • 新增 Enable-Native-Access 清单属性，允许可执行 JAR 文件中的代码在不使用 --enable-native-access 标志的情况下调用受限方法。
   • 支持客户端构建 C 函数描述符，避免使用平台特定的常量。
   • 改进了对本地内存中可变长度数组的支持。
   • 支持本地字符串中的多种字符集。

3. API 组成部分：

   • Foreign Function Interface (FFI)：允许 Java 程序调用 C 和 C++ 等本地语言编写的函数，减少与 Java Native Interface (JNI) 相关的样板代码。
   • Memory Access API：提供与本地内存交互的工具，包括内存分配、释放和操作本地数据结构的功能，并提供安全检查以防止缓冲区溢出等常见问题。

4. 核心类：

   • Linker：链接 Java 代码与符合特定应用二进制接口 (ABI) 的库中的外部函数。
   • SymbolLookup：用于检索库中符号（如函数或全局变量）的地址。
   • MemorySegment：提供对连续内存区域的访问，支持堆内和堆外内存。
   • MethodHandle：表示对底层方法、构造函数或字段的强类型、可直接执行的引用。
   • FunctionDescriptor：建模外部函数的签名，用于创建下调用方法句柄和上调用存根。
   • Arena：控制本地内存段的生命周期，提供分配和释放方法。

5. 示例代码：

   • 展示了如何使用 FFM API 调用 C 库中的 radixsort 函数对字符串数组进行排序。

6. 与传统方法的对比：

   • 传统的 Java 开发人员使用 ByteBuffer 对象进行堆外内存操作，而 FFM API 引入了 MemorySegment 对象，提供更精细的控制。
   • FFM API 与 java.nio.channels API 对齐，提供了确定性的堆外字节缓冲区释放方法，避免了非标准技术的使用。

重要细节

• 安全性：FFM API 提供了安全检查，防止缓冲区溢出等常见问题。
• 互操作性：API 提供了更无缝、符合 Java 习惯的方式来与本地库交互，是 JNI 的替代方案。
• 开发体验：简化了 Java 与本地代码的交互，减少了复杂性和潜在的安全问题。

结论

FFM API 的集成标志着 Java 平台在安全性和效率方面的进一步提升。它为开发人员提供了更简单、更安全的工具来处理 Java 与本地代码的交互，有望彻底改变 Java 与本地库的交互方式。