06、Java 22 新特性:外部函数和内存 API(JEP 454)深入解析

兄弟们,鹏磊今天来聊聊 Java 22 里的外部函数和内存 API(Foreign Function and Memory API,简称 FFM API)这个新特性,这玩意儿是 JEP 454 引入的,专门用来替代 JNI(Java Native Interface)的。说实话,用 JNI 这么多年了,虽然功能强大,但确实有不少坑,写起来复杂、容易出错、性能也不咋地,而且容易导致内存泄漏、段错误啥的。FFM API 就是为了解决这些问题来的,它提供了一种更安全、更简单、更高效的方式来调用原生函数和操作原生内存。

FFM API 是 Java 22 的预览特性,它让 Java 程序能够与 Java 运行时之外的代码和数据互操作。核心思想是:通过类型安全的内存访问和函数调用,让 Java 代码能够安全地调用 C 函数、操作 C 数据结构,而不需要写 JNI 代码。这玩意儿特别适合需要调用系统库、第三方 C 库、或者需要高性能内存操作的场景。

为什么需要 FFM API

先说说 JNI 的问题。JNI 虽然用起来功能强大,但确实有不少坑:

// JNI 的典型用法(需要写 C 代码)
// Java 端
public class NativeExample {
    static {
        System.loadLibrary("native");  // 加载原生库
    }
    
    // 声明原生方法
    public native int add(int a, int b);  // 调用原生函数
    public native void processData(byte[] data);  // 处理数据
}

// C 端(需要单独写 C 代码)
// JNIEXPORT jint JNICALL Java_NativeExample_add(JNIEnv *env, jobject obj, jint a, jint b) {
//     return a + b;  // 实现原生函数
// }

// 问题1:需要写 C 代码,开发效率低
// 问题2:容易出错,类型转换复杂
// 问题3:内存管理复杂,容易泄漏
// 问题4:性能开销大,JNI 调用有额外开销
// 问题5:调试困难,跨语言调试很麻烦

FFM API 就是为了解决这些问题。它完全用 Java 代码就能调用原生函数,不需要写 C 代码,而且类型安全、内存安全,性能也更好。

核心概念

FFM API 的核心概念包括:

  1. MemorySegment(内存段):表示一块连续的内存区域,可以是堆内或堆外内存
  2. Arena(内存域):管理内存段生命周期的工具,确保内存正确释放
  3. MemoryLayout(内存布局):描述内存中数据的结构,比如结构体、数组等
  4. Linker(链接器):用于链接和调用原生函数
  5. FunctionDescriptor(函数描述符):描述原生函数的签名

基本用法:内存操作

分配和访问堆外内存

最基础的用法就是分配堆外内存,然后读写数据:

import java.lang.foreign.*;  // 导入 FFM API 包

// 分配和访问堆外内存
public void basicMemoryOperation() {
    // 使用 Arena 管理内存生命周期,try-with-resources 确保自动释放
    try (Arena arena = Arena.ofConfined()) {  // 创建受限制的内存域,只能在当前线程使用
        // 分配 4 字节的堆外内存,用于存储一个整数
        MemorySegment segment = arena.allocate(4);  // 分配内存段
        
        // 在内存段的偏移 0 处写入一个整数 42
        segment.set(ValueLayout.JAVA_INT, 0, 42);  // 写入整数值
        
        // 从内存段的偏移 0 处读取整数
        int value = segment.get(ValueLayout.JAVA_INT, 0);  // 读取整数值
        
        System.out.println("存储的值: " + value);  // 输出:存储的值: 42
    }
    // Arena 关闭时,所有分配的内存自动释放,不用担心内存泄漏
}

这玩意儿的好处是,内存生命周期由 Arena 管理,作用域结束时自动释放,不用担心内存泄漏。而且类型安全,编译时就能检查类型错误。

分配字符串内存

分配字符串内存也很简单,可以用 allocateFrom 方法:

import java.lang.foreign.*;  // 导入 FFM API 包

// 分配字符串内存
public void allocateString() {
    try (Arena arena = Arena.ofConfined()) {  // 创建内存域
        // 分配 C 字符串(以 null 结尾的字符串)
        MemorySegment cString = arena.allocateFrom("Hello, FFM!");  // 分配字符串内存,自动添加 null 结尾
        
        // 可以读取字符串内容
        String javaString = cString.getUtf8String(0);  // 从偏移 0 开始读取 UTF-8 字符串
        System.out.println("字符串内容: " + javaString);  // 输出:字符串内容: Hello, FFM!
    }
}

这个场景下,allocateFrom 会自动把 Java 字符串转换成 C 字符串(以 null 结尾),方便传给原生函数。

调用原生函数

调用标准库函数

调用原生函数是 FFM API 的核心功能。比如调用 C 标准库的 strlen 函数:

import java.lang.foreign.*;  // 导入 FFM API 包
import java.lang.invoke.MethodHandle;  // 导入方法句柄类

// 调用 C 标准库的 strlen 函数
public void callStrlen() throws Throwable {
    // 获取原生链接器,用于链接原生函数
    Linker linker = Linker.nativeLinker();  // 创建原生链接器
    
    // 获取标准库的符号查找器,用于查找函数
    SymbolLookup stdlib = linker.defaultLookup();  // 获取默认符号查找器(通常是标准库)
    
    // 查找 strlen 函数
    MemorySegment strlenFunc = stdlib.find("strlen")  // 查找函数符号
            .orElseThrow(() -> new RuntimeException("找不到 strlen 函数"));  // 如果找不到就抛异常
    
    // 定义函数签名:long strlen(const char*)
    // 返回值是 long(在 64 位系统上),参数是 const char*(内存地址)
    FunctionDescriptor strlenDesc = FunctionDescriptor.of(
            ValueLayout.JAVA_LONG,  // 返回值类型:long
            ValueLayout.ADDRESS      // 参数类型:const char*(内存地址)
    );
    
    // 获取方法句柄,用于调用原生函数
    MethodHandle strlen = linker.downcallHandle(strlenFunc, strlenDesc);  // 创建下行调用句柄
    
    try (Arena arena = Arena.ofConfined()) {  // 创建内存域
        // 分配 C 字符串
        MemorySegment cString = arena.allocateFrom("Hello, FFM!");  // 分配字符串内存
        
        // 调用 strlen 函数,传入字符串地址
        long length = (long) strlen.invoke(cString);  // 调用原生函数,获取字符串长度
        
        System.out.println("字符串长度: " + length);  // 输出:字符串长度: 12
    }
}

这个例子展示了如何调用原生函数。关键是定义函数签名(返回值类型和参数类型),然后创建方法句柄,最后调用。

调用自定义原生函数

如果要用自己的原生库,需要先加载库,然后查找函数:

import java.lang.foreign.*;  // 导入 FFM API 包
import java.lang.invoke.MethodHandle;  // 导入方法句柄类

// 调用自定义原生库的函数
public void callCustomNativeFunction() throws Throwable {
    // 加载自定义原生库
    System.loadLibrary("mylib");  // 加载名为 mylib 的原生库
    
    Linker linker = Linker.nativeLinker();  // 创建链接器
    
    // 查找自定义函数(需要知道函数名)
    // 假设原生库中有一个函数:int add(int a, int b)
    MemorySegment addFunc = SymbolLookup.loaderLookup()  // 使用类加载器查找符号
            .find("add")  // 查找 add 函数
            .orElseThrow(() -> new RuntimeException("找不到 add 函数"));  // 如果找不到就抛异常
    
    // 定义函数签名:int add(int a, int b)
    FunctionDescriptor addDesc = FunctionDescriptor.of(
            ValueLayout.JAVA_INT,   // 返回值类型:int
            ValueLayout.JAVA_INT,   // 第一个参数:int
            ValueLayout.JAVA_INT    // 第二个参数:int
    );
    
    // 创建方法句柄
    MethodHandle add = linker.downcallHandle(addFunc, addDesc);  // 创建下行调用句柄
    
    // 调用函数
    int result = (int) add.invoke(10, 20);  // 调用 add(10, 20)
    
    System.out.println("结果: " + result);  // 输出:结果: 30
}

这个场景下,需要先用 System.loadLibrary 加载原生库,然后用 SymbolLookup.loaderLookup() 查找函数符号。

内存布局和结构化访问

定义结构体布局

FFM API 支持定义 C 结构体的内存布局,然后像访问 Java 对象一样访问结构体字段:

import java.lang.foreign.*;  // 导入 FFM API 包
import java.lang.invoke.VarHandle;  // 导入变量句柄类

// 定义和访问 C 结构体
public void workWithStruct() {
    try (Arena arena = Arena.ofConfined()) {  // 创建内存域
        // 定义 Point 结构体的内存布局
        // 结构体包含两个 int 字段:x 和 y
        StructLayout pointLayout = MemoryLayout.structLayout(
                ValueLayout.JAVA_INT.withName("x"),  // x 字段:int 类型
                ValueLayout.JAVA_INT.withName("y")  // y 字段:int 类型
        );
        
        // 为结构体分配内存
        MemorySegment pointSegment = arena.allocate(pointLayout);  // 分配足够的内存来存储结构体
        
        // 获取字段的变量句柄,用于访问结构体字段
        VarHandle xHandle = pointLayout.varHandle(PathElement.groupElement("x"));  // 获取 x 字段的句柄
        VarHandle yHandle = pointLayout.varHandle(PathElement.groupElement("y"));  // 获取 y 字段的句柄
        
        // 设置字段值
        xHandle.set(pointSegment, 0, 10);  // 在偏移 0 处设置 x = 10
        yHandle.set(pointSegment, 0, 20);  // 在偏移 0 处设置 y = 20
        
        // 读取字段值
        int x = (int) xHandle.get(pointSegment, 0);  // 读取 x 字段的值
        int y = (int) yHandle.get(pointSegment, 0);  // 读取 y 字段的值
        
        System.out.println("坐标: (" + x + ", " + y + ")");  // 输出:坐标: (10, 20)
    }
}

这个例子展示了如何定义结构体布局,然后用 VarHandle 访问字段。关键是定义内存布局,然后获取字段的变量句柄。

定义数组布局

FFM API 还支持数组,可以用 SequenceLayout 定义数组布局:

import java.lang.foreign.*;  // 导入 FFM API 包
import java.lang.invoke.VarHandle;  // 导入变量句柄类

// 定义和访问数组
public void workWithArray() {
    try (Arena arena = Arena.ofConfined()) {  // 创建内存域
        // 定义 Point 结构体布局
        StructLayout pointLayout = MemoryLayout.structLayout(
                ValueLayout.JAVA_INT.withName("x"),  // x 字段
                ValueLayout.JAVA_INT.withName("y")   // y 字段
        );
        
        // 定义包含 10 个 Point 的数组布局
        SequenceLayout pointsLayout = MemoryLayout.sequenceLayout(10, pointLayout);  // 定义数组布局
        
        // 为数组分配内存
        MemorySegment pointsSegment = arena.allocate(pointsLayout);  // 分配足够的内存来存储数组
        
        // 获取数组元素的字段句柄
        // 需要指定数组索引和字段名
        VarHandle xHandle = pointsLayout.varHandle(
                PathElement.sequenceElement(),      // 数组元素路径
                PathElement.groupElement("x")       // x 字段路径
        );
        VarHandle yHandle = pointsLayout.varHandle(
                PathElement.sequenceElement(),      // 数组元素路径
                PathElement.groupElement("y")       // y 字段路径
        );
        
        // 初始化数组
        for (int i = 0; i < 10; i++) {  // 遍历数组元素
            xHandle.set(pointsSegment, 0L, (long) i, i);  // 设置第 i 个元素的 x 字段为 i
            yHandle.set(pointsSegment, 0L, (long) i, i * 10);  // 设置第 i 个元素的 y 字段为 i*10
        }
        
        // 访问数组
        for (int i = 0; i < 10; i++) {  // 遍历数组元素
            int x = (int) xHandle.get(pointsSegment, 0L, (long) i);  // 读取第 i 个元素的 x 字段
            int y = (int) yHandle.get(pointsSegment, 0L, (long) i);  // 读取第 i 个元素的 y 字段
            System.out.println("点 " + i + ": (" + x + ", " + y + ")");  // 输出坐标
        }
    }
}

这个例子展示了如何定义和访问结构体数组。关键是使用 PathElement.sequenceElement() 来指定数组元素路径。

复杂结构体示例

实际应用中,结构体可能更复杂,包含嵌套结构体、数组等:

import java.lang.foreign.*;  // 导入 FFM API 包
import java.lang.invoke.VarHandle;  // 导入变量句柄类

// 定义复杂的结构体(包含嵌套结构体和数组)
public void workWithComplexStruct() {
    try (Arena arena = Arena.ofConfined()) {  // 创建内存域
        // 定义 Point 结构体
        StructLayout pointLayout = MemoryLayout.structLayout(
                ValueLayout.JAVA_INT.withName("x"),  // x 坐标
                ValueLayout.JAVA_INT.withName("y")    // y 坐标
        );
        
        // 定义 Rectangle 结构体,包含两个 Point 和一个 int 数组
        StructLayout rectLayout = MemoryLayout.structLayout(
                pointLayout.withName("topLeft"),      // 嵌套结构体:左上角点
                pointLayout.withName("bottomRight"),  // 嵌套结构体:右下角点
                MemoryLayout.sequenceLayout(4, ValueLayout.JAVA_INT).withName("colors")  // int 数组:颜色值
        );
        
        // 分配内存
        MemorySegment rectSegment = arena.allocate(rectLayout);  // 分配结构体内存
        
        // 获取字段句柄
        VarHandle topLeftXHandle = rectLayout.varHandle(
                PathElement.groupElement("topLeft"),   // 嵌套结构体路径
                PathElement.groupElement("x")          // x 字段路径
        );
        VarHandle topLeftYHandle = rectLayout.varHandle(
                PathElement.groupElement("topLeft"),   // 嵌套结构体路径
                PathElement.groupElement("y")          // y 字段路径
        );
        VarHandle colorHandle = rectLayout.varHandle(
                PathElement.groupElement("colors"),    // 数组路径
                PathElement.sequenceElement()          // 数组元素路径
        );
        
        // 设置值
        topLeftXHandle.set(rectSegment, 0, 10);  // 设置左上角 x = 10
        topLeftYHandle.set(rectSegment, 0, 20);  // 设置左上角 y = 20
        
        // 设置数组元素
        for (int i = 0; i < 4; i++) {  // 遍历颜色数组
            colorHandle.set(rectSegment, 0L, (long) i, i * 64);  // 设置颜色值
        }
        
        // 读取值
        int x = (int) topLeftXHandle.get(rectSegment, 0);  // 读取左上角 x
        int y = (int) topLeftYHandle.get(rectSegment, 0);  // 读取左上角 y
        System.out.println("左上角: (" + x + ", " + y + ")");  // 输出坐标
    }
}

这个例子展示了如何处理复杂的嵌套结构体。关键是使用路径元素来访问嵌套的字段。

内存管理:Arena 的使用

不同类型的 Arena

FFM API 提供了几种不同类型的 Arena,用于不同的内存管理场景:

import java.lang.foreign.*;  // 导入 FFM API 包

// 不同类型的 Arena
public void differentArenas() {
    // 1. Confined Arena:受限制的内存域,只能在创建它的线程使用
    // 适合单线程场景,性能最好
    try (Arena confinedArena = Arena.ofConfined()) {  // 创建受限制的内存域
        MemorySegment segment1 = confinedArena.allocate(100);  // 分配内存
        // 只能在这个线程使用 segment1
    }
    // 作用域结束时,内存自动释放
    
    // 2. Shared Arena:共享的内存域,可以在多个线程使用
    // 适合多线程场景,但需要手动关闭
    Arena sharedArena = Arena.ofShared();  // 创建共享的内存域
    try {
        MemorySegment segment2 = sharedArena.allocate(100);  // 分配内存
        // 可以在多个线程使用 segment2
        
        // 使用完后需要手动关闭
    } finally {
        sharedArena.close();  // 手动关闭,释放所有内存
    }
    
    // 3. Global Arena:全局内存域,内存不会被自动释放
    // 适合需要长期存在的内存,但需要手动管理
    Arena globalArena = Arena.global();  // 获取全局内存域
    MemorySegment segment3 = globalArena.allocate(100);  // 分配内存
    // segment3 会一直存在,直到程序结束
    // 注意:全局 Arena 的内存不会自动释放,需要谨慎使用
}

选择哪种 Arena 取决于使用场景:单线程用 ofConfined(),多线程用 ofShared(),长期存在的数据用 global()

内存段的生命周期管理

内存段的生命周期由 Arena 管理,但也可以手动控制:

import java.lang.foreign.*;  // 导入 FFM API 包

// 内存段的生命周期管理
public void memorySegmentLifecycle() {
    Arena arena = Arena.ofShared();  // 创建共享内存域
    try {
        // 分配内存段
        MemorySegment segment = arena.allocate(100);  // 分配 100 字节
        
        // 使用内存段
        segment.set(ValueLayout.JAVA_INT, 0, 42);  // 写入数据
        
        // 可以检查内存段是否有效
        if (segment.scope().isAlive()) {  // 检查内存段是否还活着
            System.out.println("内存段有效");  // 输出信息
        }
        
        // Arena 关闭后,所有关联的内存段都会失效
    } finally {
        arena.close();  // 关闭 Arena,释放所有内存
        // 关闭后,所有关联的内存段都会失效,访问会抛出异常
    }
}

关键是理解内存段的生命周期:它由 Arena 管理,Arena 关闭时,所有关联的内存段都会失效。

实际应用场景

场景1:调用系统库函数

最常见的场景就是调用系统库函数,比如调用 POSIX 的 getpid 函数:

import java.lang.foreign.*;  // 导入 FFM API 包
import java.lang.invoke.MethodHandle;  // 导入方法句柄类

// 调用系统库函数获取进程 ID
public long getProcessId() throws Throwable {
    Linker linker = Linker.nativeLinker();  // 创建链接器
    SymbolLookup stdlib = linker.defaultLookup();  // 获取标准库查找器
    
    // 查找 getpid 函数(POSIX 系统)
    MemorySegment getpidFunc = stdlib.find("getpid")  // 查找函数
            .orElseThrow(() -> new RuntimeException("找不到 getpid 函数"));  // 如果找不到就抛异常
    
    // 定义函数签名:pid_t getpid(void)
    // 返回值是 long(进程 ID),无参数
    FunctionDescriptor getpidDesc = FunctionDescriptor.of(ValueLayout.JAVA_LONG);  // 定义函数描述符
    
    // 创建方法句柄
    MethodHandle getpid = linker.downcallHandle(getpidFunc, getpidDesc);  // 创建下行调用句柄
    
    // 调用函数(不需要 Arena,因为没有分配内存)
    long pid = (long) getpid.invoke();  // 调用函数,获取进程 ID
    
    return pid;  // 返回进程 ID
}

这个场景下,调用系统库函数很简单,不需要分配内存,直接调用就行。

场景2:处理原生内存分配

有时候需要调用原生的 mallocfree 函数来管理内存:

import java.lang.foreign.*;  // 导入 FFM API 包
import java.lang.invoke.MethodHandle;  // 导入方法句柄类

// 使用原生 malloc 和 free 管理内存
public void useNativeMalloc() throws Throwable {
    Linker linker = Linker.nativeLinker();  // 创建链接器
    SymbolLookup stdlib = linker.defaultLookup();  // 获取标准库查找器
    
    // 查找 malloc 函数:void* malloc(size_t size)
    MethodHandle malloc = linker.downcallHandle(
            stdlib.findOrThrow("malloc"),  // 查找 malloc 函数
            FunctionDescriptor.of(ValueLayout.ADDRESS, ValueLayout.JAVA_LONG)  // 返回值是地址,参数是大小
    );
    
    // 查找 free 函数:void free(void* ptr)
    MethodHandle free = linker.downcallHandle(
            stdlib.findOrThrow("free"),  // 查找 free 函数
            FunctionDescriptor.ofVoid(ValueLayout.ADDRESS)  // 无返回值,参数是地址
    );
    
    try (Arena arena = Arena.ofConfined()) {  // 创建内存域
        // 使用 malloc 分配 100 字节
        MemorySegment segment = (MemorySegment) malloc.invokeExact(100L);  // 调用 malloc,分配内存
        
        // 重新解释内存段,并附加清理操作
        // 当 Arena 关闭时,会自动调用 free
        segment = segment.reinterpret(100, arena, s -> {  // 重新解释内存段
            try {
                free.invokeExact(s);  // 调用 free 释放内存
            } catch (Throwable e) {
                throw new RuntimeException(e);  // 转换异常
            }
        });
        
        // 使用分配的内存
        segment.set(ValueLayout.JAVA_INT, 0, 42);  // 写入数据
        int value = segment.get(ValueLayout.JAVA_INT, 0);  // 读取数据
        System.out.println("值: " + value);  // 输出:值: 42
    }
    // Arena 关闭时,会自动调用 free,释放内存
}

这个场景下,使用原生的 malloc 分配内存,然后用 Arena 管理生命周期,确保内存正确释放。

场景3:处理错误码

调用原生函数时,可能需要检查错误码,比如 POSIX 的 errno

import java.lang.foreign.*;  // 导入 FFM API 包
import java.lang.invoke.MethodHandle;  // 导入方法句柄类

// 处理原生函数的错误码
public void handleNativeErrors() throws Throwable {
    Linker linker = Linker.nativeLinker();  // 创建链接器
    SymbolLookup stdlib = linker.defaultLookup();  // 获取标准库查找器
    
    // 查找 errno 变量(POSIX 系统)
    MemorySegment errno = stdlib.find("errno")  // 查找 errno 变量
            .orElseThrow(() -> new RuntimeException("找不到 errno"));  // 如果找不到就抛异常
    
    // 假设调用一个可能失败的原生函数
    // 这里只是示例,实际使用时需要根据具体函数调整
    try (Arena arena = Arena.ofConfined()) {  // 创建内存域
        // 调用原生函数
        // ...
        
        // 检查 errno(需要知道 errno 的内存布局)
        // 注意:errno 的实际布局取决于系统,这里只是示例
        int errorCode = errno.get(ValueLayout.JAVA_INT, 0);  // 读取错误码
        
        if (errorCode != 0) {  // 如果有错误
            System.err.println("原生函数调用失败,错误码: " + errorCode);  // 输出错误信息
        }
    }
}

这个场景下,需要知道如何访问 errno 变量来检查错误。注意 errno 的实际布局取决于系统。

使用 jextract 工具生成绑定

手动写 FFM API 代码虽然可行,但对于复杂的原生库,工作量很大。Java 22 提供了 jextract 工具,可以自动从 C 头文件生成 Java 绑定代码。

安装 jextract

jextract 是独立工具,需要单独下载:

# 从 Project Jextract 下载预编译版本
# 或者从源码编译
git clone https://github.com/openjdk/jextract.git
cd jextract
./gradlew build

使用 jextract 生成绑定

假设有一个 C 头文件 mylib.h

// mylib.h
int add(int a, int b);
void process_data(char* data, int length);

可以用 jextract 生成 Java 绑定:

# 生成 Java 绑定
jextract -l :/path/to/libmylib.so \
  --output gensrc \
  -I /usr/include \
  -t com.example.mylib \
  /path/to/mylib.h

这会生成 Java 类,可以直接使用:

import com.example.mylib.mylib_h.*;  // 导入生成的绑定类

// 使用生成的绑定
public void useGeneratedBindings() {
    // 直接调用原生函数,不需要手动创建 MethodHandle
    int result = add(10, 20);  // 调用 add 函数
    System.out.println("结果: " + result);  // 输出:结果: 30
    
    try (Arena arena = Arena.ofConfined()) {  // 创建内存域
        MemorySegment data = arena.allocateFrom("test data");  // 分配字符串
        process_data(data, data.byteSize());  // 调用 process_data 函数
    }
}

使用 jextract 生成的绑定,代码更简洁,不需要手动创建 MethodHandleFunctionDescriptor

最佳实践

使用 FFM API 时,有几个最佳实践需要注意:

1. 总是使用 try-with-resources 管理 Arena

Arena 实现了 AutoCloseable 接口,必须使用 try-with-resources 来确保内存正确释放:

// ✅ 正确:使用 try-with-resources
try (Arena arena = Arena.ofConfined()) {  // 使用 try-with-resources
    MemorySegment segment = arena.allocate(100);  // 分配内存
    // 使用内存段
}
// Arena 自动关闭,内存自动释放

// ❌ 错误:手动管理资源
Arena arena = Arena.ofConfined();  // 手动创建
MemorySegment segment = arena.allocate(100);  // 分配内存
// 容易忘记关闭,导致内存泄漏

2. 正确选择 Arena 类型

根据使用场景选择合适的 Arena:

// 单线程场景:使用 Confined Arena
try (Arena arena = Arena.ofConfined()) {  // 性能最好
    // 使用内存段
}

// 多线程场景:使用 Shared Arena
Arena arena = Arena.ofShared();  // 可以在多线程使用
try {
    // 使用内存段
} finally {
    arena.close();  // 手动关闭
}

3. 注意内存对齐

某些平台对内存对齐有要求,需要注意:

// 使用 MemoryLayout 定义结构体时,会自动处理对齐
StructLayout pointLayout = MemoryLayout.structLayout(
        ValueLayout.JAVA_INT.withName("x"),  // 自动对齐
        ValueLayout.JAVA_INT.withName("y")    // 自动对齐
);

4. 处理异常

调用原生函数时,需要正确处理异常:

try {
    // 调用原生函数
    long result = (long) methodHandle.invoke(args);  // 调用函数
} catch (Throwable e) {  // 捕获异常
    // 处理异常
    System.err.println("调用原生函数失败: " + e.getMessage());  // 输出错误信息
}

总结

外部函数和内存 API(JEP 454)是 Java 22 引入的一个重要特性,它提供了一种更安全、更简单、更高效的方式来调用原生函数和操作原生内存。核心优势包括:

  1. 纯 Java 实现:不需要写 C 代码,完全用 Java 就能调用原生函数
  2. 类型安全:编译时就能检查类型错误,减少运行时错误
  3. 内存安全:Arena 自动管理内存生命周期,避免内存泄漏
  4. 性能更好:比 JNI 性能更好,开销更小
  5. 工具支持jextract 工具可以自动生成绑定代码

虽然 FFM API 还在预览阶段,但它的设计理念和 API 已经相当成熟了。如果你需要调用原生库、操作原生内存,或者需要高性能的内存操作,强烈建议试试 FFM API,它能让你的代码更安全、更简单。

兄弟们,今天就聊到这里。FFM API 这玩意儿确实能简化原生函数调用,但也要注意内存管理和异常处理。有啥问题欢迎留言讨论,鹏磊会继续分享 Java 22 的其他新特性。

本文章最后更新于 2025-11-27