最近好几个朋友问我怎样通过Java获得系统硬件相关信息，比如CPU频率，占用，内存大小，磁盘大小，MAC地址等等，正常的Java SDK没法提供这些功能，只能通过JNI来实现。这里就写一下大致的步骤，希望能帮助那些想系统性掌握类似平台相关信息获取的开发方法。如果你想完整的看下去，最好需要知道以下几点：
- 有一定的C/C++开发基础
- 熟悉Windows的API机制(win32)
- 了解Java Native Interface(JNI)
开发一个JNI应用一般分为两个 两个部分，Java接口和C/C++实现，这里为了方便，我们将使用C++，因为Windows的普遍性，这里使用Windows作为Java的安装平台。下面首先从Welcome演示这两步骤。
1 Welcome示例
welcome示例非常简单，传入一个String参数，响应一个字符串，比如参数为 "令狐冲"，响应结果为" 欢迎 令狐冲 同学"。
1.1 定义Java接口
使用Eclipse创建一个工程，接着创建一个类，如下图：
2
3 public class SysInfo {
4 public native String welcome(String who);
5 }
1.2 生成JNI头文件
打开命令行，使用javah程序(%JAVA_HOME%\bin\javah)生成JNI头文件，比如：
javah -classpath ./bin com.lifesting.jni.SysInfo
这将会在目录下生成一个com_lifesting_jni_SysInfo.h的头文件，里面申明了Java welcome方法声明对应的C 声明
(JNIEnv *, jobject, jstring);
1.3 创建JNI实现工程
为了体验一把c++0x，我机器上装的是Visual Studio 2010 ，这个工程并没有使用到VS 2010的特性，2005、2008、2010基本差不多。
通过菜单new一个为win32 console application project，将application type设置为dll选项，去除掉MFC和ATL，因为只需要用到Windows SDK。其它默认。 创建完毕之后添加java开发的头文件和库文件。
1.3.1 添加头文件
打开项目属性页，点击Configuration Properties -> C/C++ ->General，在Additional Include Directories中输入两条
$(JAVA_HOME)\include
$(JAVA_HOME)\include\win32
1.3.2 添加库文件
打开项目属性页，点击Configuration Properties -> Linker -> General，在Additional Library Directories中输入一条
$(JAVA_HOME)\lib
仅接着选择 Configuration Properties -> Linker -> Input，在Additional Dependencies中输入两条
jvm.lib
jawt.lib(这个是awt的native接口，可以不用)
1.3.3 编写
将 com_lifesting_jni_SysInfo.h文件拷贝到工程目录并添加到工程中，然后打开与项目名同名的cpp文件 ，然后加上 以下代码
代码
2
3 JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_lifesting_jni_SysInfo_welcome
4 (JNIEnv *env, jobject obj, jstring who){
5 jboolean no_copy = JNI_FALSE;
6 wchar_t *w_who = (wchar_t *)env->GetStringChars(who,&no_copy);
7 wchar_t *pre = L"欢迎 ";
8 wchar_t *post = L" 同学!";
9 wchar_t* stmt = new wchar_t[wcslen(pre)+wcslen(w_who)+wcslen(post)+1];
10 wsprintf(stmt,L"%s%s%s",pre,w_who,post);
11 jstring welcome = env->NewString((jchar*)stmt,wcslen(stmt));
12 delete[] stmt;
13 return welcome;
14 }
这段代码的意思很简单，就是通过JNI API重新创建一个String，值得注意的是这里将wchar_t*和jchar*直接对等起来，因为它们都使用了utf-16的编码，不仅Java的String，.Net的char也可以与wchar_t直接对等，.Net String同样使用了utf-16编码。
编译将会产生与项目名称相同的dll文件，这里假设创建了一个jnihello工程，生成一个jnihello.dll。
1.4 运行
在运行之前，需要对SysInfo对一个小改动，告诉Java需要引入一个JNI实现包，即我们的dll，在SysInfo加入如下代码：
2 static{
3 System.loadLibrary("jnihello");
4 }
5 public native String welcome(String who);
6 }
因为Java在winows下面的dynamic library后缀为dll，在linux下面为so，所以这个System.loadLibrary自动会根据系统加上不同后缀。
接着要创建一个测试类
2
3 public class TestNative {
4
5 public static void main(String[] args) {
6 SysInfo sys = new SysInfo();
7 System.out.println(sys.welcome("令狐冲"));
8 }
9 }
因为java.exe在运行的时候java.library.path属性不能指定，所以我们有两种选择，一种是将jnihello.dll拷贝到eclipse工程根目录，然后直接运行TestNative，或者在有jnihello.dll的目录运行命令行，比如我使用第二种，如下图
这样一个JNI应用的代码基本过程和框架就确定下来了，剩下的就是添加java api和c++ implementation
2 获取CPU，内存，MAC地址信息
2.1 定义三个Java接口，分别获取内存大小，MAC地址信息和CPU主频
代码
2 static{
3 System.loadLibrary("jnihello");
4 }
5 public native String welcome(String who);
6 //in MB
7 public native int memorySize();
8 //in MHZ: 1866
9 public native int cpuSpeed();
10 public native String[] macAddress();
11 }
真实的接口应该不是这个样子，这儿主要是为了演示方便
重新生成jni头文件，放到jni c++工程中。
2.2 代码实现
这三个中获取内存是最简单的，先从内存开始
物理内存获取
2 (JNIEnv *env, jobject obj)
3 {
4 MEMORYSTATUSEX ms;
5 ms.dwLength = sizeof(ms);
6 GlobalMemoryStatusEx(&ms);
7 long mb = ms.ullTotalPhys >> 20;
8 return (jint)mb;
9 }
要注意的是这里使用了MEMORYSTATUSEX，因为现在好多电脑都使用超过2G内存， >>20 表示 从Byte到MB，即除以1024*1024
CPU频率
2 {
3 ULARGE_INTEGER t0;
4 __asm
5 {
6 _emit 0x0f
7 _emit 0x31
8 MOV t0.LowPart, EAX
9 MOV t0.HighPart, EDX
10 }
11 return *((__int64*)&t0);
12 }
13
14 long GetCpuSpeed()
15 {
16 unsigned __int64 start, stop;
17 long total;
18 start = CycleCount();
19 Sleep(1000);
20 stop = CycleCount();
21 stop = stop - start;
22 total = (long)(stop/1000000);
23 return total;
24 }
25
26 JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_lifesting_jni_SysInfo_cpuSpeed
27 (JNIEnv *env, jobject obj)
28 {
29 return GetCpuSpeed();
30 }
这段代码使用了win32位汇编，主频的高低位来自于EAX、EDX寄存器，采集的是1秒的频率，此代码来自于http://www.codeproject.com/KB/system/Processor_Speed.aspx
取MAC地址的稍微麻烦点
获取mac地址
#include <iphlpapi.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#pragma comment(lib, "IPHLPAPI.lib")
JNIEXPORT jobjectArray JNICALL Java_com_lifesting_jni_SysInfo_macAddress
(JNIEnv *env, jobject obj){
IP_ADAPTER_INFO adapter_info[4];
DWORD dwBufLen = sizeof(adapter_info);
PIP_ADAPTER_INFO adapter = NULL;
if(GetAdaptersInfo(
adapter_info,
&dwBufLen) == NO_ERROR){
jobjectArray mac_addresses = env->NewObjectArray(4, env->FindClass("java/lang/String"),NULL);
adapter = adapter_info;
int count = 0;
char mac_buffer[24];
while(adapter){
memset(mac_buffer,NULL,24);
for (int i = 0; i < adapter->AddressLength; i++){
if (i == (adapter->AddressLength - 1))
{
char mac_seg[3];
sprintf(mac_seg,"%.2X", (int) adapter->Address[i]);
strcat(mac_buffer,mac_seg);
}
else{
char mac_seg[4];
sprintf(mac_seg,"%.2X-",(int)adapter->Address[i]);
strcat(mac_buffer,mac_seg);
}
}
env->SetObjectArrayElement(mac_addresses,count++,env->NewStringUTF(mac_buffer));
adapter = adapter->Next;
}
return mac_addresses;
}
return NULL;
}
#progra编译扩展与手动添加Linker Dependency效果一样的。mac_buffer使用了24个是因为定义里Address可以有8段，每段2个字符，加上7个'-'字符，还有一个NULL结束符，共计24个。此段代码参考 http://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa365917%28VS.85%29.aspx
3 其它方式
这个演示程序简单演示了通过Java获取系统信息的过程，还有更多更好的方式我一定不知道，除了这种方式外，我还想了其它几种方式。
3.1 命令模式
刚才每个获取系统信息都使用了native方法，这个有两个弊端：一是每次都得使用javah然后拷贝过去再编写新实现；二是因为使用了Native方法，不好重构扩展。这里我简单将获取各种系统信息的函数每个变成一个带参数的命令，然后将这个命令传给一个公共native函数，比如executeCommand()，这样C++只需要一个编写一个实现即可。
3.1.1重构Java文件
这里我们重新创建一个Java文件和一个测试文件，分别为SysInfo2和TestNative2，TestNative2相比TestNative只是使用了SysInfo2
Java
2
3 public class SysInfo2 {
4 static{
5 System.loadLibrary("jnihello");
6 }
7 public String welcome(String who){
8 return executeCommand("welcome -p "+who);
9 }
10 //in MB
11 public int memorySize(){
12 String mem_size_str= executeCommand("memsize");
13 return Integer.parseInt(mem_size_str);
14 }
15 //in MHZ: 1866
16 public int cpuSpeed(){
17 String cpu_speed_str= executeCommand("cpuspeed");
18 return Integer.parseInt(cpu_speed_str);
19 }
20 public String[] macAddress(){
21 String cpu_speed_str= executeCommand("allmac");
22 //separated by space
23 return cpu_speed_str.split("[\\s]");
24 }
25 public native String executeCommand(String command);
26 }
27
executeCommand只有一个返回值，为字符串，各个函数根据需要再转换回来。
3.1.2 C++ executeCommand实现
executeCommand实现分为两部分，一个是解析命令行成为命令+参数，二是根据不同命令调用不同函数，这里我复用了前面的单个函数。
首先定义一个struct，表示命令：
wstring command;
map<wstring,wstring> options;
}* PCMD,SYS_CMD;
这个struct使用了stl里的wstring
接着编写一个解析命令行参数的函数：
编译参数
2 WCHAR * comand = (WCHAR *) raw_command;
3 int len = wcslen(comand);
4 wstring cmd;
5 wstring buffer;
6 wstring key_snapshot;
7 map<wstring,wstring> options;
8 bool greedy = false;
9 enum PART{OCMD,OKEY,OVALUE};
10 enum PART status = OCMD;
11 WCHAR last_char = NULL;
12 for (int i = 0; i <= len; i++)
13 {
14 WCHAR c= *(comand+i);
15 switch(c)
16 {
17 case 0x0020: //space
18 case 0x0000: //NULL terminate
19 if (!greedy){
20 if (last_char != 0x0020){
21 if (status == OKEY){
22 options[buffer] = L"";
23 key_snapshot = buffer;
24 status = OVALUE;
25 }else if (status == OCMD){
26 cmd= buffer;
27 status = OKEY;
28 }else{ //OValue
29 options[key_snapshot] = buffer;
30 status = OKEY;
31 }
32 }
33 buffer.clear();
34 }else{
35 buffer.push_back(c);
36 }
37 break;
38 case 0x0022: //quote,greedy
39 greedy = !greedy;
40 break;
41 case 0x002D: //option start
42 if (!greedy){
43 if (last_char != 0x0020){
44 printf("ERROR!");
45 }
46 status = OKEY;
47 }else{
48 buffer.push_back(c);
49 }
50 break;
51 default:
52 buffer.push_back(c);
53 break;
54 }
55 last_char = c;
56 }
57 PCMD pc = new SYS_CMD;
58 pc->command = cmd;
59 pc->options= options;
60 return pc;
61 }
然后复用我们之前的实现编写executeCOmmand：
executeCommand
2 (JNIEnv *env, jobject obj, jstring cmd)
3 {
4 jboolean cp = JNI_TRUE;
5 const jchar* raw = env->GetStringChars(cmd,&cp);
6 PCMD pc = parse(raw);
7 if(pc->command == L"welcome")
8 {
9 wstring who = pc->options[L"p"];
10 jstring j_who = env->NewString((jchar*)who.c_str(),who.size());
11 return Java_com_lifesting_jni_SysInfo_welcome(env,obj,j_who);
12 }else if (pc->command == L"memsize"){
13 jint ms = Java_com_lifesting_jni_SysInfo_memorySize(env,obj);
14 char ms_buffer[15];
15 itoa(ms,ms_buffer,10);
16 return env->NewStringUTF(ms_buffer);
17 }else if (pc->command == L"cpuspeed"){
18 jint ms = Java_com_lifesting_jni_SysInfo_cpuSpeed(env,obj);
19 char ms_buffer[15];
20 itoa(ms,ms_buffer,10);
21 return env->NewStringUTF(ms_buffer);
22 }else if (pc->command == L"allmac"){
23 //use java string to merge string array
24 jobjectArray all_mac = Java_com_lifesting_jni_SysInfo_macAddress(env,obj);
25 jstring ret=env->NewStringUTF("");
26 jstring sp = env->NewStringUTF(" ");
27 int total = 0;
28 jmethodID concat = env->GetMethodID(env->FindClass("java/lang/String"),"concat","(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;");
29 for (int j=0;j<MAX_NIC;j++){
30 jstring str = (jstring)env->GetObjectArrayElement(all_mac,j);
31 ret = (jstring)env->CallObjectMethod(ret,concat,str);
32 if (j < MAX_NIC-1){
33 ret = (jstring) env->CallObjectMethod(ret,concat,sp);
34 }
35 }
36 return ret;
37 }else{
38 return env->NewStringUTF("Does not support this command!");
39 }
40 delete pc;
41 return env->NewStringUTF("Hello");
42 }
在处理allmac命令的时候，为了简洁，直接使用了Java的String方法拼接字符。这儿值得注意的是jmethodID的获得，其关键是最后一个参数method signature，可以通过javap -s -p a.b.c.MyClass来获得，并且不要忘了最后的一个分号;
最终的Java代码和结果：
3.2 WMI方式获取
如果JNI只是针对Windows平台，还有一种更方便的获取方式：WMI。WMI查询各种系统信息就跟查询数据库没啥区别，比如下面的代码将查询WMI，找到我笔记本有两个内存插槽，每个2G：
2
3 #define _WIN32_DCOM
4 #include <iostream>
5 #include <windows.h>
6 using namespace std;
7 #include <wbemidl.h>
8 #include <comdef.h>
9 # pragma comment(lib, "wbemuuid.lib")
10
11 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
12 {
13 CoInitializeEx(0, COINIT_MULTITHREADED);
14 CoInitializeSecurity(NULL,-1,NULL,NULL,RPC_C_AUTHN_LEVEL_DEFAULT,RPC_C_IMP_LEVEL_IMPERSONATE,NULL,EOAC_NONE,NULL);
15 IWbemLocator *pLoc = 0;
16 CoCreateInstance(CLSID_WbemLocator, 0, CLSCTX_INPROC_SERVER, IID_IWbemLocator, (LPVOID *) &pLoc);
17 IWbemServices *pSvc =0;
18 pLoc->ConnectServer(BSTR(L"ROOT\\CIMV2"), NULL, NULL, 0, NULL, 0, 0, &pSvc);
19 CoSetProxyBlanket(pSvc,
20 RPC_C_AUTHN_WINNT,
21 RPC_C_AUTHZ_NONE,
22 NULL,
23 RPC_C_AUTHN_LEVEL_CALL,
24 RPC_C_IMP_LEVEL_IMPERSONATE,
25 NULL,
26 EOAC_NONE
27 );
28 IEnumWbemClassObject* pEnumerator = NULL;
29 pSvc->ExecQuery(
30 bstr_t("WQL"),
31 bstr_t("SELECT * FROM Win32_PhysicalMemory"),
32 WBEM_FLAG_FORWARD_ONLY | WBEM_FLAG_ENSURE_LOCATABLE,
33 NULL,
34 &pEnumerator);
35 IWbemClassObject *pObj;
36 ULONG ret = NULL;
37 //iterate records
38 while (pEnumerator){
39 HRESULT hr = pEnumerator->Next(WBEM_INFINITE,1,&pObj,&ret);
40 if (WBEM_S_FALSE == hr){
41 break; //last row
42 }
43 VARIANT v;
44 HRESULT hget = pObj->Get(L"BankLabel",0,&v,NULL,NULL);
45 if (WBEM_S_NO_ERROR == hget){
46 wcout << v.bstrVal << ": ";
47 }
48 VariantClear(&v);
49 hget= pObj->Get(L"Capacity",0,&v,NULL,NULL);
50 if (WBEM_S_NO_ERROR == hget){
51 wcout << v.bstrVal << "bytes" << endl;
52 }
53 VariantClear(&v);
54 pObj->Release();
55 }
56 pSvc->Release();
57 pLoc->Release();
58 CoUninitialize();
59 return 0;
60 }
61
62
WMI其它硬件相关的WMI Class可以在 http://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa394084%28v=VS.85%29.aspx 中找到，十分的丰富，十分的强大，可以写一个鲁大师完全没问题
WMI通过C++的方式因为靠着COM，稍显复杂。
3.3 非主流方式
其它还有一些方式如通过命令行，访问文件系统，系统软件查询等 ，大家有啥好的不啬告知。
4 JNI调试
如果JNI写的非常的复杂，特别是跟Java有好多互动的时候，调试是个很容易分清Bug出在那边的好办法。
在Visual Studio下，调试JNI的dll有两种方式，一种是通过项目设置命令行参数启动Java，在工程 properties->Configuration Properties->Debugging中设置执行程序(也就是Java.exe)和相关参数如cp，执行类等等；另外一种方式是 通过C启动JVM，Native的方式启动Java，自然就能够调试JNI DLL了。
下面我简单说说以C++方式启动JVM去调试JNI。
在Solution下面在建立一个win32 console application 工程，如同JNI DLL Project一样设置好include和library，在主程序写如下类似代码：
C启动JVM#include <windows.h>
#include <jni.h>
#include <assert.h>
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
JavaVM *vm;
JNIEnv *env;
JavaVMInitArgs args;
JavaVMOption ops[1];
ops[0].optionString = "-Djava.class.path=C:/Users/David/jbpm3/jniexample/bin";
args.version = JNI_VERSION_1_6;
args.options = ops;
args.nOptions =1;
args.ignoreUnrecognized = JNI_TRUE;
jint created = JNI_CreateJavaVM(&vm,(void **)&env,&args);
if (created < 0){
printf("can't create java vm");
}
jclass testNative2 = env->FindClass("com/lifesting/jni/TestNative2");
assert(testNative2 != NULL);
jobjectArray main_args = env->NewObjectArray(1, env->FindClass("java/lang/String"),env->NewStringUTF("FromC"));
jmethodID testNative2_main = env->GetStaticMethodID(testNative2,"main","([Ljava/lang/String;)V");
assert(testNative2_main != NULL);
env->CallStaticObjectMethod(testNative2,testNative2_main,main_args);
vm->DestroyJavaVM();
return 0;
}
(在这个工程启动之前，一定设置好path。将%java_home%\jre\bin和%java_home%\jre\bin\client都加到path上，方便此启动程序找到相关dll)
现在按Ctrl+F5运行和在Eclipse中出现的效果是一样的，现在如果在DLL里相关JNI方法里面设置断点，调试启动后，VS就会停住了。
如果有问题，欢迎来信交流！
