JNIEasy

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JNIEasy

• Aspect Oriented Programming a la ayuda de Java
  como ciudadano de primera clase en el desktop

Jose María Arranz Santamaría jmarranz_at_eresmas.com
jmarranz_at_dii.etsii.upm.es javaHispano nickname
jmarranz
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Índice

• El dominio de Windows en el desktop
• WORA realidad o utopía ?
• JNI amigo o enemigo ?
• AOP y Bytecode Enhancement
• JNIEasy, hacia una solución Java sin JNI
• Hacia un desktop muy Java?

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El dominio de Windows en el desktop
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Plataformas relevantes en desarrollo software

• Los tres tenores
• Java (J2SE y J2EE)
• .Net
• LAMP (LinuxApacheMySQLPerl/PHP)
• Y C/C para KDE/Qt, GNOME/GTK?
• Sí... pero en el coro
• Y la plataforma Mozilla (XUL,XBL...)?
• Uff...

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Web Java

• Java tiene especial relevancia en el lado del
  servidor
• Muy portable
• Importante peso de Unixes/Linux
• JDBC mucho más portable que ODBC/OleDB
• Web agnóstico en el servidor
• HTML generado consumido por MSIE casi siempre
  (aprox. 90 navegadores)

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Web Java

• Familiaridad de Java con Internet
• Sockets, HTTP, RMI, EJBs, WebServices, CORBA,
  applets ...
• Frameworks, frameworks, frameworks...
• De Web JSP, JSF,Struts,Tapestry, Cocoon ...
• De Bases de Datos EJB, JDO, Hibernate ...
• Más profesional, más seguro, más escalable que
  PHP o ASP

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Desktop ? Java

• 90 ordenadores con Windows (IDC)
• Gran mayoría de aplicaciones desktop
  desarrolladas con Visual Basic/C
• Acceso al hardware vía componentes estándar de
  Windows
• Presentando una API C (Win32) o COM
• Drivers propietarios en C
• JDIC, JMF... insuficiente

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WORA realidad o utopía ?

• WORA Write Once Run Anywhere

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WORA realidad en el servidor

• Las aplicaciones Java de gestión de bases de
  datos por Web son muy portables
• Los negocios de hardware de Sun e IBM sobreviven,
  en gran medida, gracias a Java y al WORA

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WORA utopía en el desktop

• Java no cubre todo Windows
• Y quizás no deba ...
• Windows está en permanente evolución
• Nuevas APIs, componentes ...
• Drivers propietarios ... en C

ifndef TWAIN define TWAIN / SDH - 02/08/95 -
TWUNK / / Force 32-bit twain to use same
packing of twain structures as existing /
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Soluciones

• Cambiarse de bando
• .Net Windows

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Soluciones

• Permanecer...
• Alguien lo hizo antes?
• Esperar al WORA
• Tú mismo JNI

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JNI amigo o enemigo ?

• JNI Java Native Interface

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I JNI

• JNI Programar Java en C/C
• Relativamente complejo e inseguro (idem C/C)
• Doble modelado Java C/C
• Lucha entre si Java o C/C
• Conversiones de datos entre mundos

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I JNI

• Ciertos casos Imprescindible
• SourceForge general
• SourceForge Multimedia/Vídeo

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Aspect Oriented Programming y Bytecode Enhancement
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Bytecode Enhancement

• Modificación/introducción de código via bytecode
  en un .class ya existente
• Nuevo .class
• Como JDO consigue la persistencia transparente

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AOP

• Solución elegante de los crosscuting concerns
• A través de la introducción horizontal de
  aspectos
• nuevos atributos y métodos (advices),
• que son llamados en determinados puntos
  (pointcuts) del código original,
• de entre los posibles (joinpoints)

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Bytecode Enhancement / AOP

• B.E. es AOP ?
• No es un instrumento
• Sí el uso de dicho instrumento es AOP
• AspectJ y AspectWerkz se basan en B.E.
• B.E. AOP en el sentido más primitivo
• Y más flexible
• Y más controlable

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JNIEasy, hacia una solución Java sin JNI
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Qué es JNIEasy?

• Es un sustituto de JNI
• Es un nuevo Java Native Interface en Java!
• Evita la programación en C/C en el acceso a
  métodos y estructuras de datos programados en
  DLLs
• Componentes del S.O.
• Drivers del hardware
• Librerías de todo tipo...

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No se había hecho algo así antes?

• SI, pero las soluciones clásicas han sido
• fuertemente intrusivas
• limitadas
• muy poco Java friendly
• Fuerzan la adaptación de Java al mundo nativo
• Resultado código Java poco Java

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Ejemplos producto clásico

• Instanciación de datos
• // C int value
• Int value new Int()
• // C int pValue value
• Pointer pValue new Pointer(value)
• Se identifica un objeto Java por cada dato nativo
  en memoria, incluso datos primitivos

JNIWrapper http//www.jniwrapper.com
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Ejemplos producto clásico

• Llamada a funciones
• // C int sprintf(const char,)
• Function sprintf new Library("msvcrt")
• .getFunction("sprintf")
• AnsiString result new AnsiString()
• sprintf.invoke(null,result,
• new AnsiString("Hello, s!"),
• new AnsiString("World"))
• System.out.println(result.getValue())
• //Output Hello, World!
• Es necesario envolver las cadenas en una clase
  específica (AnsiString)

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Ejemplos producto clásico

• Definición de estructuras
• // C struct TestStruct short a int b
• private static class TestStruct
• extends Structure
• public Int16 a new Int16()
• public Int32 b new Int32()
• public TestStruct()
• init(new Parameter _int16,_int32)
• Derivación intrusiva de Structure
• Atributos primitivos como objetos

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Ejemplos producto clásico

• Declaración de callbacks
• / C callback int callback(int) /
• private static class IncIntCallback
• extends Callback
• private Int _arg new Int()
• private Int _result new Int()
• public IncIntCallback()
• init(new Parameter _arg,_result)
• public void callback()
• _result.setValue(_arg.getValue()1)
• Intrusividad y artificialidad máximas

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Conclusiones

• Java que no parece Java
• Ni siquiera parece C
• Escasa simetría
• Código difícil de entender y programar
• Uso sistemático de clases del framework incluso
  para datos primitivos

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Enfoque de JNIEasy

• Corresponder el modelo de datos y de trabajo
  normal de Java con el modelo nativo
• Conseguir la máxima
• Transparencia
• Naturalidad (a lo Java)
• Con la mínima intrusividad
• C const char s "texto"
• JNIEasy String s new String("Texto")
• Aceptable rendimiento

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Herramientas usadas

• Java of course
• AOP/Bytecode enhancement
• JNI en C y C
• Ensamblador embebido en C y C
• Generación dinámica de código máquina

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Bytecode Enhancement y JNIEasy

• Absolutamente necesario
• En JNIEasy NO es capricho ni una moda
• Inspiración JDO
• Objetivo transparencia
• Y AspectJ y AspectWerkz?
• AspectJ demasiado rígido (estático)
• AspectWerkz quizás ...

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Bytecode Enhancement y JNIEasy

• Conversión de una clase Java en una estructura C

Bytecode enhancement
Clase Java Estructura Nativa
Pointer (bridge)
Buffer (memoria nativa)
pointcuts
Aspecto
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Llamadas a Funciones

• Función API C Win32 (User32.DLL)
• HWND FindWindow(
• LPCTSTR lpClassName, // class name
• LPCTSTR lpWindowName ) //window name
• Preliminares en JNIEasy
• JNIEasy.getInstance().load()
• DynamicLibrary user32DLL
  JNIEasy.getInstance().getDLLManager().get("User32.
  dll")

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Llamadas a Funciones

• Obtención de handler y llamada
• CMethod method
• user32DLL.addCMethod("FindWindowA",
• int.class, // tipo de retorno
• new Class
• String.class, // nombre clase
• String.class , // nombre ventana
• CallConv.STD_CALL )
• // method representa al método C en la DLL
• int hwnd method.callInt(new Object
• null,"DDE Server Window" )

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Llamadas a Funciones

• Llamada alternativa
• Integer hwndObj
• (Integer)method.call(
• new Object
• null,"DDE Server Window" )
• call es agnóstico en el tipo de retorno (Object)
• Recordar que se declaró como tipo de retorno
  int.class

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Llamadas a Funciones

• Mejor empaquetado en una clase
• public class User32
• public static DynamicLibrary dll
  JNIEasy.getInstance()
• .getDLLManager().get("User32.dll")
• public static GenericMethod methodList
• new GenericMethod
• static
• methodList0 dll.addCMethod("FindWindowA",.
  .. ) ...
• public static int findWindow(
• String className,String windowName)
• CMethod method (CMethod)methodList0
• return method.callInt(new Object
• className,windowName )
• . . .

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Llamadas a Funciones

• Mejor aún si lo genera JNIEasy
• ltmethod returnType"int" name"findWindow"
• nativeName"FindWindowA" type"C"
• conv"STD_CALL" gt
• ltparam type"String" name"className" /gt
• ltparam type"String" name"windowName" /gt
• lt/methodgt

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Polimorfismo en Funciones

• El lenguaje C admite un cierto polimorfismo
• FindWindow puede llamarse como si fuera
• HWND FindWindow(int lpClassName,
• int lpWindowName)
• En JNIEasy también signatura tipo Java/C
• CMethod method user32DLL.addCMethod(
• "FindWindowA",int.class,
• new Class
• int.class, // class name
• int.class , // window name
• CallConv.STD_CALL )

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Polimorfismo en Funciones

• Búsqueda de métodos por nombre
• List methods user32DLL.findMethods("FindWindow
  A")
• // lista de 2 métodos
• Búsqueda de método por signatura
• CMethodSignature sig SignatureUtil.newCMethodSig
  nature(int.class,
• new ClassString.class,String.class)
• method user32DLL.findCMethod(
• "FindWindowA",sig)

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Unicode

• Ha venido para quedarse
• C/C
• Tipo wchar_t de 16 bits
• L"mi cadena" cadena Unicode
• Win32 C
• funciones Unicode xxxW (xxxAANSI)
• Java desde el principio

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Unicode

• JNIEasy por defecto ANSI, pero
• CMethod method jniEasyDLL.addCMethod(
• "FindWindowW",int.class,
• new Class
• StringUnicode.class,
• StringUnicode.class ,
• CallConv.STD_CALL)
• int hwnd method.callInt(new Object
• null,"DDE Server Window")

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Callbacks

• Sea EnumWindows de la API Win32 C
• BOOL EnumWindows(
• WNDENUMPROC lpEnumFunc, / callback /
• LPARAM lParam) / app-defined value /
• Se define a su vez WNDENUMPROC como
• BOOL CALLBACK EnumWindowsProc(
• HWND hwnd, // handle to parent window
• LPARAM lParam ) // app-defined value

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Callbacks

• Definición de la callback con JNIEasy
• public class EnumWindowsProc extends
  CCallbackImpl
• private static final CMethodSignature
• SIGNATURE SignatureUtil.newCMethodSignature(
  
• int.class,new Class
• int.class,int.class,CallConv.STD_CALL )
• public EnumWindowsProc()
• super(SIGNATURE)
• public Object onCall(Object params)
• int hwnd ((Integer)params0).intValue()
• int lParam ((Integer)params1).intValue()
  
• System.out.println("handle" hwnd "
  param" lParam)
• return new Integer(1)

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Callbacks

• Invocaríamos EnumWindows por ejemplo
• method user32DLL.addCMethod("EnumWindows",
  int.class,new Class EnumWindowsProc.class,
  int.class , CallConv.STD_CALL )
• method.callInt(new Object
• new EnumWindowsProc(),new Integer(10))
• Salida por pantalla
• handle65784 param10
• handle328538 param10 ...

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Callbacks

• Pero no iba a ser todo muy transparente?
• public class EnumWindowsProc2
• public static int showData(int hwnd,int lParam)
  
• System.out.println("handle" hwnd
• " param" lParam)
• return 1
• java.lang.reflect.Method reflMethod
• EnumWindowsProc2.class.getDeclaredMethod(
• "showData",new Classint.class,int.class
  )
• CCallback cb CallbackUtil.newCCallback(reflMetho
  d)
• method.callInt(new Objectcb,new Integer(10))

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Estructuras

• Sea la estructura Win32 C
• typedef struct tagPAINTSTRUCT
• HDC hdc // HDC int en Win32
• BOOL fErase // BOOL int en Win32
• RECT rcPaint
• BOOL fRestore
• BOOL fIncUpdate
• BYTE rgbReserved32
• PAINTSTRUCT, PPAINTSTRUCT

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Estructuras

• En Java con JNIEasy
• public class PaintStruct
• int hdc
• int fErase
• Rect rcPaint new Rect() // Es embebido
• int fRestore
• int fIncUpdate
• byte rgbReserved
• new byte32 // Es embebido
• En XML se indica que rcPaint y rgbReserved son
  embebidos (no RECT o BYTE)

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Estructuras

• Ciclo de vida impuesto por el garbage collector
• PaintStruct ps new PaintStruct()
• Cuando se pierde el objeto se destruye su memoria
  nativa asociada
• El g.c. es el delete de JNIEasy
• No memory leaks

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Exportación de Funciones

• Podemos exportar un método Java
• tal que sea accesible desde código nativo
  dinámicamente
• a través del nombre, sin conocer la dirección
  previamente
• como si fuera un método exportado en una DLL

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Exportación de Funciones

• Sea el código Java
• public class CallbackTest
• public static long suma(int a,int b)
• return a b
• reflMethod
• CallbackTest.class.getDeclaredMethod(
• "suma",new Classint.class,int.class)
• JNIEasyLibrary dll
• JNIEasy.getInstance().getJNIEasyLib()
• dll.exportMethod(reflMethod,
• CallConv.STD_CALL)

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Exportación de Funciones

• Sea el código C
• HMODULE dllHandleLoadLibrary("JNIEasy.dll")
• void (__stdcall findCBAddress)(const char)
• findCBAddress (void (__stdcall )(
• const char))GetProcAddress(dllHandle,
• "_findExportedMethodAddress_at_4" )
• const char sig "CallbackTest.suma(int,int)"
• // signatura de la callback Java
• __int64 (__stdcall suma)(int,int)
• suma (__int64 (__stdcall )(int,int))
• findCBAddress(sig)
• __int64 res suma(1,2)

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C

• Acceso a métodos C exportados en DLLs
• Clases Java que emulan a clases C
• Métodos no estáticos de clases Java accesibles
  desde código nativo por signatura
• Etc.

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Hacia un desktop muy Java?

• JNIEasy, un paso más

53
Y ESO ES TODO!

• GRACIAS
• info www.jnieasy.com