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@s4i

C言語コードからJava Native Interface(JNI)を使い、Javaメソッドを呼び出す

Last updated at Posted at 2025-07-13

概要

C言語のソースコードからJavaメソッドを実行し、結果を取得します。
取得する戻り値の型は、getArrayメソッドからのString[]をC言語のchar[][30]で、
cowSayメソッドからのString型をC言語のchar*として取得します。

実行環境

  • Windows 11
  • WSL(Ubuntu-24.04)

フォルダ構成

.
├── Moo.class
├── Moo.java
├── c_linux_build.bat
├── c_windows_build.bat
├── java_build.bat
├── javap-exec.bat
├── jni_exec
├── jni_exec.c
├── jni_exec.exe
├── lib
│   └── cowsay-1.1.0.jar
├── start_linux_exec.bat
└── start_windows_exec.bat

Cから呼び出す用のJavaコード

Moo.java
import com.github.ricksbrown.cowsay.Cowsay;
import java.util.Random;

public class Moo {
    /*
     * mainは使用しない
     */
    public static void main(String[] args) {
        String[] arr = getArray();
        System.out.println(String.join(", ", arr));
        var num = new Random().nextInt(arr.length);
        System.out.println(cowSay(arr[num] + "said ,Hello from Java!", arr[num]));
    }

    /*
     * 話す動物の一覧を取得
     */
    public static String[] getArray() {
        String[] args = new String[] { "-l" };
        return Cowsay.say(args).trim().split(" ");
    }

    /*
     * 動物に話させる
     */
    public static String cowSay(String message, String animal) {
        String[] args = new String[] { "-f", animal, message };
        return Cowsay.say(args);
    }
}
  • 外部ライブラリも使えることを確認するために適当にCowsayライブラリを利用

Javaを呼び出すCコード

jni_exec.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
#include <jni.h>

int animal_list(char*, char[][30]);
void cowsay(char*, char*, char*);

int main() {
    char sep = ':';
#ifdef _WIN32
    // Windows用
    sep = ';';
#endif
    char java_classpath[1024];
    char *classpath;
    if ((classpath = getenv("CLASSPATH")) == 0) {
        puts("環境変数CLASSPATHがありません");
        return -1;
    }

    // 外部ライブラリを利用するためには、JVM起動設定に指定する必要がある。
    // ライブラリ情報は、環境変数CLASSPATHの値を利用する。
    sprintf(java_classpath, "-Djava.class.path=.%c%s", sep, classpath);
    printf("CLASSPATH: %s\n", java_classpath);

    char arr[50][30];
    int max_idx = animal_list(java_classpath, arr);

    int i;
    char output[2048];
    srand(time(NULL));
    // ランダムに10個表示
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        memset(output, 0, sizeof(output));
        cowsay(java_classpath, arr[rand() % max_idx], output);
        printf("<<Result from Java>>\n%s\n", output);
    }

    return 0;
}

int animal_list(char* classpath, char result[][30]) {
    JavaVM *jvm;
    JNIEnv *env;
    JavaVMInitArgs vm_args;
    JavaVMOption options[3]; // options[5];
    options[0].optionString = classpath;         /* クラスパス指定 */
    options[1].optionString = "-Xss32m";         /* セグメンテーション違反防止 */
    options[2].optionString = "-Xint";           /* JIT無効化 */
    // options[3].optionString = "-Xcheck:jni";  /* オプションのチェック */
    // options[4].optionString = "-verbose:jni"; /* JNI関係のメッセージを表示 */

    vm_args.options = options;
    vm_args.nOptions = 3;    // 5
    vm_args.version = JNI_VERSION_21;
    vm_args.ignoreUnrecognized = JNI_FALSE;

    int ret, nVMs;
    ret = JNI_GetCreatedJavaVMs(&jvm, 1, &nVMs);
    if (ret == JNI_OK && nVMs >= 1) {
        // 生成済みのJMを再利用(JMは一つだけ、Create->Destory->Createは許されない)
        puts("<VM再利用>");
        ret = (*jvm)->AttachCurrentThread(jvm, (void **)&env, &vm_args);
    } else {
        puts("<VM新規作成>");
        ret = JNI_CreateJavaVM(&jvm, (void **)&env, &vm_args);
    }
    if (ret != JNI_OK)
        exit(-1);

    jclass cls;
    // Mooクラスを取得
    if ((cls = (*env)->FindClass(env, "Moo")) == 0) {
        (*env)->ExceptionDescribe(env);
        exit(-2);
    }

    // getArrayメソッドを取得
    jmethodID id = (*env)->GetStaticMethodID(
             env, cls, "getArray",
             "()[Ljava/lang/String;");
    if (id == 0) {
        (*env)->ExceptionDescribe(env);
        exit(-3);
    }

    jarray jobj;
    // メソッドを実行。引数無しの場合はNULL（=(void*)0）を指定する
    if ((jobj = (jarray)(*env)->CallStaticObjectMethod(env, cls, id, 0)) == 0) {
        (*env)->ExceptionDescribe(env);
        exit(-4);
    }

    // 戻り値の配列の要素数を取得
    int array_length = (*env)->GetArrayLength(env, jobj);

    int i;
    for (i = 0; i < array_length; i++) {
        // java.lang.String[]から値を取り出し
        jstring str = (jstring)(*env)->GetObjectArrayElement(env, jobj, i);

        // java.lang.Stringをchar*に変更し取得
        const char *native_string = (*env)->GetStringUTFChars(env, str, 0);
        memset(result[i], 0, strlen(native_string) + 1);
        strncpy(result[i], native_string, strlen(native_string));

        // ネイティブメモリでメモリリークを起こすため解放
        (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, str, native_string);
    }
    return array_length;
}

void cowsay(char* classpath, char* animal, char* result) {
    JavaVM *jvm;
    JNIEnv *env;
    JavaVMInitArgs vm_args;
    JavaVMOption options[3];
    options[0].optionString = classpath;         /* クラスパス指定 */
    options[1].optionString = "-Xss32m";         /* セグメンテーション違反防止 */
    options[2].optionString = "-Xint";           /* JIT無効化 */
    // options[3].optionString = "-Xcheck:jni";  /* オプションのチェック */
    // options[4].optionString = "-verbose:jni"; /* JNI関係のメッセージを表示 */

    vm_args.options = options;
    vm_args.nOptions = 3;
    vm_args.version = JNI_VERSION_21;
    vm_args.ignoreUnrecognized = JNI_FALSE;

    int ret, nVMs;
    ret = JNI_GetCreatedJavaVMs(&jvm, 1, &nVMs);
    if (ret == JNI_OK && nVMs >= 1) {
        // 生成済みのJMを再利用(JMは一つだけ、Create->Destory->Createは許されない)
        puts("<VM再利用>");
        ret = (*jvm)->AttachCurrentThread(jvm, (void **)&env, &vm_args);
    } else {
        puts("<VM新規作成>");
        ret = JNI_CreateJavaVM(&jvm, (void **)&env, &vm_args);
    }
    if (ret != JNI_OK)
        exit(-1);

    jclass cls;
    // Mooクラスを取得
    if ((cls = (*env)->FindClass(env, "Moo")) == 0) {
        (*env)->ExceptionDescribe(env);
        exit(-2);
    }

    // getArrayメソッドを取得
    jmethodID id = (*env)->GetStaticMethodID(
             env, cls, "cowSay",
             "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;");
    if (id == 0) {
        (*env)->ExceptionDescribe(env);
        exit(-3);
    }

    char message[100];
    sprintf(message, "%s said, Hello from JNI!", animal);
    jstring arg1 = (*env)->NewStringUTF(env, message);
    jstring arg2 = (*env)->NewStringUTF(env, animal);

    // メソッド実行。jstringはjvalueに入れることができないため、1つずつ引数に指定する。
    jstring str;
    if ((str = ((jstring)(*env)->CallStaticObjectMethod(env, cls, id, arg1, arg2))) == 0) {
        (*env)->ExceptionDescribe(env);
        exit(-4);
    }

    // java.lang.Stringをchar*に変更
    const char *native_string = (*env)->GetStringUTFChars(env, str, 0);
    strncpy(result, native_string, strlen(native_string));

    // ネイティブメモリでメモリリークを起こすため解放
    (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, str, native_string);
}

ビルド手順

共通手順

必要なパッケージインストール

  • JDK

Javaコンパイル用のバッチ

下記のビルドを成功させるためには、JDKのインストール、及び
batファイル用のフォルダ内にlibフォルダを作り、
その中にcowsay-1.1.0.jarを入れる必要があります。

.
└── lib
    └── cowsay-1.1.0.jar

Windows環境側のjavacによりコンパイル

java_build_windows.bat
chcp 65001
set JAVA_HOME=C:\Program Files\Java\jdk-24
set PATH=%JAVA_HOME%\bin;%PATH%
@rem WSL側のOpenJDKが21のため、21を指定
javac --release 21 -proc:none -cp .;lib/cowsay-1.1.0.jar Moo.java
pause
java -cp .;lib/cowsay-1.1.0.jar Moo
pause

WSL環境側のjavacによりコンパイル

java_build_linux.bat
chcp 65001
set command=export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-21-openjdk-amd64;^
 export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH;^
 javac --release 21 -proc:none -cp .:lib/cowsay-1.1.0.jar Moo.java;
wsl -e bash -l -c "%command%"
pause
wsl -e bash -l -c "java -cp .:lib/cowsay-1.1.0.jar Moo;"
pause

bash -lオプションを利用すると~/.bash_profileが読まれるようになります。
今回の例では、どの環境変数を使うかを明示するために全て記載していますが、
~/.bash_profile内でexportすれば、バッチ側に書く必要が無くなります。

Javaを単独で動かした場合の結果 
beavis.zen, bud-frogs, bunny, cheese, cower, daemon, default, dragon, dragon-and-cow, elephant, elephant-in-snake, eyes, flaming-sheep, ghostbusters, hellokitty, kiss, kitty, koala, kosh, luke-koala, meow, milk, moofasa, moose, mutilated, ren, satanic, sheep, skeleton, small, squirrel, stegosaurus, stimpy, supermilker, surgery, telebears, three-eyes, turkey, turtle, tux, udder, vader, vader-koala, www
 ____________________________________
< ghostbusterssaid ,Hello from Java! >
 ------------------------------------
          \
           \
            \          __---__
                    _-       /--______
               __--( /     \ )XXXXXXXXXXX\v.
             .-XXX(   O   O  )XXXXXXXXXXXXXXX-
            /XXX(       U     )        XXXXXXX\
          /XXXXX(              )--_  XXXXXXXXXXX\
         /XXXXX/ (      O     )   XXXXXX   \XXXXX\
         XXXXX/   /            XXXXXX   \__ \XXXXX
         XXXXXX__/          XXXXXX         \__---->
 ---___  XXX__/          XXXXXX      \__         /
   \-  --__/   ___/\  XXXXXX            /  ___--/=
    \-\    ___/    XXXXXX              '--- XXXXXX
       \-\/XXX\ XXXXXX                      /XXXXX
         \XXXXXXXXX   \                    /XXXXX/
          \XXXXXX      >                 _/XXXXX/
            \XXXXX--__/              __-- XXXX/
             -XXXXXXXX---------------  XXXXXX-
                \XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/
                  ""VXXXXXXXXXXXXXXXXXXV""

クラス定義を変えた場合のシグニチャー取得バッチ(GetStaticMethodID用)

シグニチャー取得バッチ
javap-exec.bat
javap -s *.class
pause
  • 結果
Compiled from "Moo.java"
public class Moo {
  public Moo();
    descriptor: ()V

  public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V

  public static java.lang.String[] getArray();
    descriptor: ()[Ljava/lang/String;

  public static java.lang.String cowSay(java.lang.String, java.lang.String);
    descriptor: (Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
}

Windowsのみの手順

必要なパッケージの配置

  • llvm-mingw

今回はCドライブ配下に配置します。

Cコンパイルのバッチ

c_windows_build.bat
chcp 65001
set JAVA_HOME=C:\Program Files\Java\jdk-24
C:\llvm-mingw-20250709-msvcrt-x86_64\bin\x86_64-w64-mingw32-gcc.exe -Wall ^
-I"%JAVA_HOME%\include" -I"%JAVA_HOME%\include\win32" ^
-L"%JAVA_HOME%\bin\server" -ljvm ^
-lpthread ^
-o jni_exec jni_exec.c
pause

Linuxのみの手順

WSLの設定(例)

WSL2とUbuntu 24.04のインストール手順だけで日本語化まではしなくて良いです。

必要なパッケージインストール

sudo apt install gcc openjdk-21-jdk

Cコンパイル用のバッチ

c_linux_build.bat
chcp 65001
set command=export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-21-openjdk-amd64;^
 export LD_LIBRARY_PATH=$JAVA_HOME/lib/server;^
 gcc -Wall^
 -I$JAVA_HOME/include -I$JAVA_HOME/include/linux^
 -lpthread^
 -o jni_exec jni_exec.c ^
 -L$LD_LIBRARY_PATH -ljvm;
wsl -e ^
bash -l -c "%command%"
pause

実行手順

Windowsで実行

start_windows_exec.bat
chcp 65001
set CLASSPATH=%~dp0lib\cowsay-1.1.0.jar
set PATH=%JAVA_HOME%\bin\server;%PATH%
jni_exec.exe
echo ERRORLEVEL: %ERRORLEVEL%
pause

WSL(Windows Subsystem for Linux)で実行

start_linux_exec.bat
chcp 65001
set command=export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-21-openjdk-amd64;^
 export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH;^
 export LD_LIBRARY_PATH=$JAVA_HOME/lib/server;^
 export CLASSPATH=$(realpath $(dirname $0))/lib/cowsay-1.1.0.jar;^
 ./jni_exec;^
 echo ERRORLEVEL: $?
wsl -e ^
bash -l -c "%command%"
pause

実行結果(例)

結果 
CLASSPATH: -Djava.class.path=.:/mnt/c/path/to/jar-folder/lib/cowsay-1.1.0.jar
<VM新規作成>
<VM再利用>
<<Result from Java>>
 __________________________________
< three-eyes said, Hello from JNI! >
 ----------------------------------
        \  ^___^
         \ (ooo)\_______
           (___)\       )\/\
                ||----w |
                ||     ||

<VM再利用>
<<Result from Java>>
 ___________________________________
< supermilker said, Hello from JNI! >
 -----------------------------------
  \   ^__^
   \  (oo)\_______        ________
      (__)\       )\/\    |Super |
          ||----W |       |Milker|
          ||    UDDDDDDDDD|______|

<VM再利用>
<<Result from Java>>
 _____________________________
< udder said, Hello from JNI! >
 -----------------------------
  \
   \    (__)
        o o\
       ('') \---------
          \           \
           |          |\
           ||---(  )_|| *
           ||    UU  ||
           ==        ==

<VM再利用>
<<Result from Java>>
 _____________________________________
< flaming-sheep said, Hello from JNI! >
 -------------------------------------
  \            .    .     .
   \      .  . .     `  ,
    \    .; .  : .' :  :  : .
     \   i..`: i` i.i.,i  i .
      \   `,--.|i |i|ii|ii|i:
           UooU\.'@@@@@@`.||'
           \__/(@@@@@@@@@@)'
                (@@@@@@@@)
                `YY~~~~YY'
                 ||    ||

<VM再利用>
<<Result from Java>>
 ___________________________________
< vader-koala said, Hello from JNI! >
 -----------------------------------
   \
    \        .
     .---.  //
    Y|o o|Y//
   /_(i=i)K/
   ~()~*~()~
    (_)-(_)

     Darth
     Vader
     koala

<VM再利用>
<<Result from Java>>
 ___________________________________
< stegosaurus said, Hello from JNI! >
 -----------------------------------
\                             .       .
 \                           / `.   .' "
  \                  .---.  <    > <    >  .---.
   \                 |    \  \ - ~ ~ - /  /    |
         _____          ..-~             ~-..-~
        |     |   \~~~\.'                    `./~~~/
       ---------   \__/                        \__/
      .'  O    \     /               /       \  "
     (_____,    `._.'               |         }  \/~~~/
      `----.          /       }     |        /    \__/
            `-.      |       /      |       /      `. ,~~|
                ~-.__|      /_ - ~ ^|      /- _      `..-'
                     |     /        |     /     ~-.     `-. _  _  _
                     |_____|        |_____|         ~ - . _ _ _ _ _>

<VM再利用>
<<Result from Java>>
 ___________________________
< ren said, Hello from JNI! >
 ---------------------------
   \
    \
    ____
   /# /_\_
  |  |/o\o\
  |  \\_/_/
 / |_   |
|  ||\_ ~|
|  ||| \/
|  |||_
 \//  |
  ||  |
  ||_  \
  \_|  o|
  /\___/
 /  ||||__
    (___)_)

<VM再利用>
<<Result from Java>>
 _________________________________
< bud-frogs said, Hello from JNI! >
 ---------------------------------
     \
      \
          oO)-.                       .-(Oo
         /__  _\                     /_  __\
         \  \(  |     ()~()         |  )/  /
          \__|\ |    (-___-)        | /|__/
          '  '--'    ==`-'==        '--'  '

<VM再利用>
<<Result from Java>>
 __________________________________
< three-eyes said, Hello from JNI! >
 ----------------------------------
        \  ^___^
         \ (ooo)\_______
           (___)\       )\/\
                ||----w |
                ||     ||

<VM再利用>
<<Result from Java>>
 ___________________________
< ren said, Hello from JNI! >
 ---------------------------
   \
    \
    ____
   /# /_\_
  |  |/o\o\
  |  \\_/_/
 / |_   |
|  ||\_ ~|
|  ||| \/
|  |||_
 \//  |
  ||  |
  ||_  \
  \_|  o|
  /\___/
 /  ||||__
    (___)_)

ERRORLEVEL: 0

まとめ

・かなり些細なことでも分かり辛いエラーを起こすので、非常に大変でした。

・例えば、Windows向けのllvm-mingwとLinux向けのGNU GCCの挙動が異なり、
　-L"%JAVA_HOME%\bin\server" -ljvmを末尾に書かないと
　JNI_GetCreatedJavaVMsとJNI_CreateJavaVMが見つからないなど...

・環境変数LD_LIBRARY_PATHを書いて、sudo ldconfig -p | grep libjvmでも
　登録済みを確認できるのに、jni.hの2つの関数だけが見つからないという
　不思議な事象の解決には、6時間以上かかりました。

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