Java 21引入Foreign Function & Memory API以解決JNI的複雜性、安全性差、性能開銷大等問題；2. 核心組件包括MemorySegment（內(nèi)存抽象）、ValueLayout/MemoryLayout（內(nèi)存佈局）、SymbolLookup（函數(shù)符號查找）、FunctionDescriptor與MethodHandle（函數(shù)調(diào)用定義）、Arena（內(nèi)存生命週期管理）；3. 通過純Java代碼可安全高效地調(diào)用本地函數(shù)和操作堆外內(nèi)存，無需編寫C代碼或手動管理內(nèi)存；4. 相比JNI，F(xiàn)FM API提供更強(qiáng)的類型安全、自動內(nèi)存管理、更優(yōu)性能和更高安全性；5. 當(dāng)前在Java 21中為預(yù)覽特性，需啟用--enable-preview，尚未推薦用於生產(chǎn)環(huán)境，預(yù)計(jì)將在後續(xù)版本中正式發(fā)布。

Java 21 引入了Foreign Function & Memory API （FFM API），這是一個重要的新特性，旨在讓Java 程序能夠安全、高效地調(diào)用本地庫（如C/C 編寫的動態(tài)鏈接庫）並與堆外內(nèi)存進(jìn)行交互。它取代了長期存在但問題較多的JNI（Java Native Interface），提供了更現(xiàn)代、更簡潔、更安全的方式來處理與原生代碼的互操作。

這個API 的核心目標(biāo)是：讓Java 能像調(diào)用本地方法一樣自然地訪問本地函數(shù)和內(nèi)存，同時避免JNI 的複雜性和安全隱患。

一、為什麼需要Foreign Function & Memory API？

在Java 21 之前，與本地代碼交互主要依賴JNI ，但它存在諸多問題：

• 複雜繁瑣：需要編寫C 代碼、生成頭文件、編譯共享庫，開發(fā)流程不流暢。
• 易出錯：手動管理內(nèi)存和類型轉(zhuǎn)換容易導(dǎo)致崩潰（如段錯誤）。
• 性能開銷：JNI 調(diào)用有較高的上下文切換成本。
• 安全性差：直接操作指針，缺乏內(nèi)存訪問邊界檢查。

Foreign Function & Memory API 的出現(xiàn)正是為了解決這些問題，提供一種純Java 的方式來實(shí)現(xiàn)外部函數(shù)調(diào)用和內(nèi)存操作。

二、核心組件詳解

FFM API 主要由以下幾個關(guān)鍵類組成，位於java.lang.foreign包中：

1. MemorySegment：堆外內(nèi)存的抽象

MemorySegment表示一段連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域，可以是堆內(nèi)或堆外，甚至是本地內(nèi)存（native memory）。它是對原始內(nèi)存的安全封裝。

 // 分配100 字節(jié)的堆外內(nèi)存try (MemorySegment segment = MemorySegment.allocateNative(100)) {
    segment.set(JAVA_INT, 0, 42); // 在偏移0 處寫入int
    int value = segment.get(JAVA_INT, 0); // 讀取System.out.println(value); // 輸出42
}

• 使用allocateNative()分配本地內(nèi)存。
• 使用set() / get()方法配合ValueLayout （如JAVA_INT ）進(jìn)行類型化讀寫。
• 必須在try-with-resources中使用，確保內(nèi)存被及時釋放。

2. ValueLayout 與MemoryLayout：內(nèi)存佈局定義

用於描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的佈局，比如基本類型、結(jié)構(gòu)體、數(shù)組等。

 ValueLayout.OfInt INT = ValueLayout.JAVA_INT;
SequenceLayout arrayLayout = MemoryLayout.sequenceLayout(10, INT); // int[10]

這些佈局可用於構(gòu)建函數(shù)參數(shù)類型或結(jié)構(gòu)體映射。

3. SymbolLookup：查找本地函數(shù)符號

用於定位動態(tài)庫中的函數(shù)地址。

 SymbolLookup lookup = SymbolLookup.libraryLookup("libc.so.6"); // Linux
// 或SymbolLookup.libraryLookup("msvcrt.dll") on Windows

4. FunctionDescriptor 與MethodHandle：定義並調(diào)用外部函數(shù)

FunctionDescriptor描述函數(shù)的參數(shù)和返回類型，結(jié)合Linker獲取可調(diào)用的MethodHandle 。

示例：調(diào)用C 的printf

 import java.lang.foreign.*;
import static java.lang.foreign.ValueLayout.*;

Linker linker = Linker.nativeLinker();
SymbolLookup stdlib = linker.defaultLookup();

// 定義printf 函數(shù)簽名：int printf(const char*, ...)
FunctionDescriptor printfDesc = FunctionDescriptor.of(JAVA_INT, ADDRESS);

MethodHandle printf = linker.downcallHandle(stdlib.find("printf").orElseThrow(), printfDesc);

// 準(zhǔn)備字符串（必須以NULL 結(jié)尾）
try (Arena arena = Arena.ofConfined()) {
    MemorySegment format = arena.allocateFrom("Hello from %s!\n");
    MemorySegment name = arena.allocateFrom("FFM API");

    // 調(diào)用printf
    printf.invoke(format, name);
}

輸出：

 Hello from FFM API!

注意：變參函數(shù)支持有限，此例中只傳了兩個參數(shù)，實(shí)際使用需謹(jǐn)慎。

三、調(diào)用自定義本地庫（簡單示例）

假設(shè)你有一個C 函數(shù)：

 // libadd.so (Linux) / add.dll (Windows)
int add(int a, int b) {
    return ab;
}

編譯為共享庫後，在Java 中調(diào)用：

 try (Arena arena = Arena.ofConfined()) {
    Linker linker = Linker.nativeLinker();
    SymbolLookup lookup = linker.defaultLookup(); // 或指定路徑FunctionDescriptor addDesc = FunctionDescriptor.of(JAVA_INT, JAVA_INT, JAVA_INT);
    MethodHandle add = linker.downcallHandle(
        lookup.find("add").orElseThrow(),
        addDesc
    );

    int result = (int) add.invoke(3, 4);
    System.out.println("3 4 = " result); // 輸出7
}

無需寫JNI 代碼，完全在Java 層完成。

四、Arena：內(nèi)存生命週期管理

Java 21 引入了Arena概念來統(tǒng)一管理MemorySegment的生命週期。

• Arena.ofConfined() ：單線程訪問，性能好。
• Arena.ofShared() ：多線程共享，更安全但有同步開銷。

 try (Arena arena = Arena.ofConfined()) {
    MemorySegment seg = arena.allocate(100);
    // 使用seg...
} // 自動釋放所有內(nèi)存

這是防止內(nèi)存洩漏的關(guān)鍵機(jī)制。

五、與JNI 相比的優(yōu)勢

六、當(dāng)前狀態(tài)與註意事項(xiàng)

• Java 21 中仍是預(yù)覽特性（Preview Feature ），需啟用預(yù)覽選項(xiàng)：

   javac --release 21 --enable-preview YourClass.java
  java --enable-preview YourClass

• API 未來可能調(diào)整，不建議用於生產(chǎn)環(huán)境直到轉(zhuǎn)正（預(yù)計(jì)Java 22 或23）。
• 對複雜結(jié)構(gòu)體（如嵌套結(jié)構(gòu)、聯(lián)合體）的支持正在完善。
• 跨平臺兼容性需注意庫名和調(diào)用約定（如Windows 的stdcall）。

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基本上就這些。 Foreign Function & Memory API 是Java 向系統(tǒng)級編程邁出的重要一步，標(biāo)誌著Java 正在變得更“貼近硬件”，同時保持安全與簡潔。對於需要高性能本地調(diào)用的場景（如數(shù)據(jù)庫、AI 庫集成、操作系統(tǒng)工具），它將逐漸成為首選方案。

以上是Java中的外部功能和內(nèi)存API 21的詳細(xì)內(nèi)容。更多資訊請關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！