JNI安全基础

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携手创作，共同成长！这是我参与「掘金日新计划 · 8 月更文挑战」的第15天，点击查看活动详情 Java语言是基于C语言实现的，Java底层的很多API都是通过JNI(Java Native Interface)来实现的。通过JNI接口C/C++和Java可以互相调用(存在跨平台问题)。Java可以通过JNI调用来弥补语言自身的不足(代码安全性、内存操作等)。这个看似非常炫酷的特性其实自JDK1.1开始就有了，但是我们不得不去考虑JNI调用带来的一系列的安全问题！

本章节仍以本地命令执行为例讲解如何构建动态链接库供Java调用，也许很多人是第一次接触这个概念会比较陌生但是如果你了学习过C/C++或者Android NDK那么本章节就会非常的简单了。

JNI-定义native方法

首先在Java中如果想要调用native方法那么需要在类中先定义一个native方法。

CommandExecution.java演示

public class CommandExecution {

    public static native String exec(String cmd);

}

如上示例代码，我们需要使用native关键字定义一个类似于接口的方法就行了，是不是感觉非常简单？

JNI-生成类头文件

如上，我们已经编写好了CommandExecution.java，现在我们需要编译并生成c语言头文件。

完整的步骤如下:

  1. cd ./javaweb-sec/javaweb-sec-source/javase/src/main/java/ (换成自己本地的地址)。
  2. vim或编辑器写入./com/anbai/sec/cmd/CommandExecution.java文件(该目录已存了一个注释掉的CommandExecution.java取消掉代码注释就可以用了)。
  3. javac -cp . com/anbai/sec/cmd/CommandExecution.java。
  4. javah -d com/anbai/sec/cmd/ -cp . com.anbai.sec.cmd.CommandExecution

注意JDK版本：

JDK10移除了javah,需要改为javac加-h参数的方式生产头文件，如果您的JDK版本正好>=10,那么使用如下方式可以同时编译并生成头文件。

javac -cp . com/anbai/sec/cmd/CommandExecution.java -h com/anbai/sec/cmd/

执行上面所述的命令后即可看到在com/anbai/sec/cmd/目录已经生成了CommandExecution.class和com_anbai_sec_cmd_CommandExecution.h了。

com_anbai_sec_cmd_CommandExecution.h:

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class com_anbai_sec_cmd_CommandExecution */

#ifndef _Included_com_anbai_sec_cmd_CommandExecution
#define _Included_com_anbai_sec_cmd_CommandExecution
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     com_anbai_sec_cmd_CommandExecution
 * Method:    exec
 * Signature: (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
 */
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_anbai_sec_cmd_CommandExecution_exec
  (JNIEnv *, jclass, jstring);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

您可以使用IDE或者vim完成动态链接库的编写，如果您使用MacOS+CLion可能需要把#include <jni.h>改成#include "jni.h"，不改也没关系，编译的时候带上库地址就行了。

头文件命名强制性

javah生成的头文件中的函数命名方式是有非常强制性的约束的，如Java_com_anbai_sec_cmd_CommandExecution_exec中Java_是固定的前缀，而com_anbai_sec_cmd_CommandExecution也就代表着Java的完整包名称:com.anbai.sec.cmd.CommandExecution，_exec自然是表示的方法名称了。(JNIEnv *, jclass, jstring)表示分别是JNI环境变量对象、java调用的类对象、参数入参类型。

如果您在不希望在命令行下编译lib，可以参考:Mac IDEA+CLION jni Hello World。

JNI-基础数据类型

需要特别注意的是Java和JNI定义的类型是需要转换的，不能直接使用Java里的类型，也不能直接将JNI、C/C++的类型直接返回给Java。

参考如下类型对照表:

Java类型JNI类型C/C++类型大小
BooleanJblloeanunsigned char无符号8位
ByteJbytechar有符号8位
CharJcharunsigned short无符号16位
ShortJshortshort有符号16位
IntJintint有符号32位
LongJlonglong long有符号64位
FloatJfloatfloat32位
DoubleJdoubledouble64位

jstring转char*：env->GetStringUTFChars(str, &jsCopy)

char*转jstring: env->NewStringUTF("Hello...")

字符串资源释放: env->ReleaseStringUTFChars(javaString, p);

其他知识点参考：jni中java与原生代码通信规则

JNI-编写C/C++本地命令执行实现

如上，我们已经生成好了头文件，接下来我们需要使用C/C++编写函数的最终实现代码。

com_anbai_sec_cmd_CommandExecution.cpp示例：

//
// Created by yz on 2019/12/6.
//
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <cstring>
#include <string>
#include "com_anbai_sec_cmd_CommandExecution.h"

using namespace std;

JNIEXPORT jstring

JNICALL Java_com_anbai_sec_cmd_CommandExecution_exec
        (JNIEnv *env, jclass jclass, jstring str) {

    if (str != NULL) {
        jboolean jsCopy;
        // 将jstring参数转成char指针
        const char *cmd = env->GetStringUTFChars(str, &jsCopy);

        // 使用popen函数执行系统命令
        FILE *fd  = popen(cmd, "r");

        if (fd != NULL) {
            // 返回结果字符串
            string result;

            // 定义字符串数组
            char buf[128];

            // 读取popen函数的执行结果
            while (fgets(buf, sizeof(buf), fd) != NULL) {
                // 拼接读取到的结果到result
                result +=buf;
            }

            // 关闭popen
            pclose(fd);

            // 返回命令执行结果给Java
            return env->NewStringUTF(result.c_str());
        }

    }

    return NULL;
}

使用vim com/anbai/sec/cmd/com_anbai_sec_cmd_CommandExecution.cpp或编辑器编写好cpp文件。

首先切换到我们的C目录：cd com/anbai/sec/cmd/然后使用g++命令编译成动态链接库，前提是您需要提前装好编译环境如:gcc/g++。

MacOSX编译:

g++ -fPIC -I"$JAVA_HOME/include" -I"$JAVA_HOME/include/darwin" -shared -o libcmd.jnilib com_anbai_sec_cmd_CommandExecution.cpp

Linux编译:

g++ -fPIC -I"$JAVA_HOME/include" -I"$JAVA_HOME/include/linux" -shared -o libcmd.so com_anbai_sec_cmd_CommandExecution.cpp

Windows编译:

  1. Visual Studio/cl命令编译dll。
  2. 使用min-gw/cygwin安装gcc/g++，如: x86_64-w64-mingw32-g++ -I"%JAVA_HOME%\include" -I"%JAVA_HOME%\include\win32" -shared -o cmd.dll com_anbai_sec_cmd_CommandExecution.cpp。

如依旧无法编译成，可参考:Java Programming Tutorial Java Native Interface (JNI)，这篇文章讲解了如何在不同的操作系统中使用C/C++来编写JNI的HelloWorld。

如果您采用了C语言编写(C和C++版本基本没差别，也就在使用*env时的参数值一般会不一样)那么请用gcc编译，编译完成我们就可以使用这个动态链接库了。正常情况下我们需要严格按照JNI要求去命名文件名并且把链接库放到Java的动态链接库目录，不然会无法加载。但是这都不是什么大问题我们完全可以通过自定义库名称和路径。

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