[DevoxxFR 2022] Exploiter facilement des fonctions natives avec le Projet Panama depuis Java
Lors de Devoxx France 2022, Brice Dutheil a présenté une conférence de 28 minutes sur le Projet Panama, une initiative visant à simplifier l’appel de fonctions natives depuis Java sans les complexités de JNI ou de bibliothèques tierces. Brice, contributeur actif à l’écosystème Java, a introduit l’API Foreign Function & Memory (JEP-419), montrant comment elle relie le monde géré de Java au code natif en C, Swift ou Rust. À travers des démonstrations de codage en direct, Brice a illustré le potentiel de Panama pour des intégrations natives fluides. Suivez Brice sur Twitter à twitter.com/Brice_Dutheil pour plus d’insights Java.
Simplifier l’intégration de code natif
Brice a débuté en expliquant la mission du Projet Panama : connecter l’environnement géré de Java, avec son garbage collector, au monde natif de C, Swift ou Rust, plus proche de la machine. Traditionnellement, JNI imposait des étapes laborieuses : écrire des classes wrapper, charger des bibliothèques et générer des headers lors des builds. Ces processus étaient sujets aux erreurs et chronophages. Des alternatives comme JNA et JNR amélioraient l’expérience développeur en générant des bindings au runtime, mais elles étaient plus lentes et moins sécurisées.
Lancé en 2014, le Projet Panama répond à ces défis avec trois composantes : les API vectorielles (non couvertes ici), les appels de fonctions étrangères et la gestion de la mémoire. Brice s’est concentré sur l’API Foreign Function & Memory (JEP-419), disponible en incubation dans JDK 18. Contrairement à JNI, Panama élimine les complexités du build et offre des performances proches du natif sur toutes les plateformes. Il introduit un modèle de sécurité robuste, limitant les opérations dangereuses et envisageant de restreindre JNI dans les futures versions de Java (par exemple, Java 25 pourrait exiger un flag pour activer JNI). Brice a souligné l’utilisation des method handles et des instructions d’invocation dynamique, inspirées des avancées du bytecode JVM, pour générer efficacement des instructions assembleur pour les appels natifs.
Démonstrations pratiques avec Panama
Brice a démontré les capacités de Panama via du codage en direct, commençant par un exemple simple appelant la fonction getpid de la bibliothèque standard C. À l’aide du SystemLinker, il a effectué une recherche de symbole pour localiser getpid, créé un method handle avec un descripteur de fonction définissant la signature (retournant un long Java), et l’a invoqué pour récupérer l’ID du processus. Ce processus a contourné les lourdeurs de JNI, nécessitant seulement quelques lignes de code Java. Brice a insisté sur l’activation de l’accès natif avec le flag –enable-native-access dans JDK 18, renforçant le modèle de sécurité de Panama en limitant l’accès à des modules spécifiques.
Il a ensuite présenté un exemple plus complexe avec la fonction crypto_box de la bibliothèque cryptographique Libsodium, portable sur des plateformes comme Android. Brice a alloué des segments de mémoire avec un ResourceScope et un NativeAllocator, garantissant la sécurité mémoire en libérant automatiquement les ressources après usage, contrairement à JNI qui dépend du garbage collector. Le ResourceScope prévient les fuites mémoire, une amélioration significative par rapport aux buffers natifs traditionnels. Brice a également abordé l’appel de code Swift via des interfaces compatibles C, démontrant la polyvalence de Panama.
Outils et potentiel futur
Brice a introduit jextract, un outil de Panama qui génère des mappings Java à partir de headers C/C++, simplifiant l’intégration de bibliothèques comme Blake3, une fonction de hachage performante écrite en Rust. Dans une démo, il a montré comment jextract créait des bindings compatibles Panama pour les structures de données et fonctions de Blake3, permettant aux développeurs Java de tirer parti des performances natives sans bindings manuels. Malgré quelques accrocs, la démo a souligné le potentiel de Panama pour des intégrations natives transparentes.
Brice a conclu en soulignant les avantages de Panama : simplicité, rapidité, compatibilité multiplateforme et sécurité mémoire renforcée. Il a noté son évolution continue, avec JEP-419 en incubation dans JDK 18 et une deuxième preview prévue pour JDK 19. Pour les développeurs d’applications desktop ou de systèmes critiques, Panama offre une solution puissante pour exploiter des fonctions spécifiques aux OS ou des bibliothèques optimisées comme Libsodium. Brice a encouragé le public à expérimenter Panama et à poser des questions, renforçant son engagement via Twitter.