JNI安全基础

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

package com.anbai.sec.cmd;

/**
 * 本地命令执行类
 * Creator: yz
 * Date: 2019/12/6
 */
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:

 javac -cp . src/main/java/org/chenluo/servlet/CommandExecution.java -h src/main/java/org/chenluo/servlet/

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。

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:

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：

#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <cstring>
#include <string>
#include "org_chenluo_servlet_CommandExecution.h"

using namespace std;

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_org_chenluo_servlet_CommandExecution_exec
(JNIEnv *env, jclass jclass, jstring str) {
    if (str != NULL) {
        jboolean jsCopy;
        // 将 jstring 参数转换为 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);

            // 释放 jstring 字符串
            env->ReleaseStringUTFChars(str, cmd);

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

        env->ReleaseStringUTFChars(str, cmd);
    }
    return env->NewStringUTF("Command execution failed or returned empty result.");
}

编辑器编写好cpp文件。

首先切换到我们的C目录：cd src/main/java/org/chenluo/serlvet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++。

错误提示 jni.h 文件没有找到，通常是由于编译器找不到 JDK 的头文件目录。以下是解决这个问题的步骤：

1. 确认 JAVA_HOME 环境变量： 确保 JAVA_HOME 环境变量已正确设置，并指向你的 JDK 安装目录。你可以通过以下命令检查：

   echo $JAVA_HOME

   如果 JAVA_HOME 没有正确设置，可以在 ~/.bash_profile（或 ~/.zshrc，取决于你使用的 shell）中添加以下行，并重新加载配置文件：

   export JAVA_HOME=$(/usr/libexec/java_home)
   source ~/.bash_profile

2. 确认包含路径正确： 确认你在 g++ 命令中指定的 -I 选项路径正确。$JAVA_HOME/include 和 $JAVA_HOME/include/darwin 是包含 jni.h 文件的目录。重新运行以下命令：

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

3. 检查 JDK 安装： 确认你的 JDK 安装目录中确实存在 jni.h 文件。你可以通过以下命令检查：

   ls $JAVA_HOME/include/jni.h

   如果文件不存在，可能是 JDK 安装不完整，建议重新安装 JDK。

4. 完整示例： 以下是一个完整的示例，假设 org_chenluo_servlet_CommandExecution.cpp 文件和 org_chenluo_servlet_CommandExecution.h 文件都在当前目录中：

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

CommandExecutionTest示例:

package org.chenluo.servlet;

public class CommandExecutionTest {
    public static void main(String[] args) {
        String cmd = "ifconfig"; // 需要执行的命令

        try {
            // 调用 native 方法
            String content = CommandExecution.exec(cmd);
            System.out.println(content);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}