探索 Swift 和 Java 互操作性

了解如何在一个代码库中混合使用 swift 和 java。我们将介绍 swift-java 互操作性项目，该项目让你可以在 java 程序中使用 swift，反之亦然。我们将向你展示如何使用 swift-java 提供的工具和库来编写可在这两个运行时之间进行互操作的安全高效代码。

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探索 Swift 与 Java 的互操作性

在现代软件开发中，跨语言互操作性变得越来越重要。Swift 语言团队推出的 Swift-Java 互操作性项目，为开发者提供了在单一代码库中混合使用 Swift 和 Java 的能力，无需进行大规模重写即可逐步引入新技术。

项目背景与意义

Swift-Java 互操作性项目旨在消除语言壁垒，允许开发者：

• 在 Java 程序中调用 Swift 代码
• 在 Swift 程序中调用 Java 代码
• 重用现有 Java 库
• 将 Swift 库提供给 Java 项目使用

这种互操作性支持渐进式迁移策略，开发者可以在不影响现有代码库的情况下，逐步用 Swift 替换或添加新功能。

技术基础：运行时比较

尽管 Java 和 Swift 运行时有显著差异，但两者也存在诸多相似之处：

1. 面向对象特性：都提供类和支持继承的面向对象模型
2. 内存管理：均采用自动内存管理机制
3. 泛型系统：具有相似的泛型系统（尽管运行时表现不同）
4. 错误处理：Swift 错误和 Java 异常都可抛出处理

这些相似点为互操作性奠定了良好基础。

Java 原生方法 (JNI) 集成

Java 原生接口 (JNI) 是 Java 与原生代码互操作的传统方式。典型的 JNI 工作流程包括：

1. 在 Java 中定义原生方法
2. 使用 Java 编译器生成 C 头文件
3. 使用原生语言（如 Swift）实现函数

然而，原始 JNI 存在诸多痛点：

• 大量样板代码
• 方法签名匹配容易出错
• 对象生命周期管理复杂
• 需要额外的构建步骤

SwiftJava 解决方案

SwiftJava 项目提供了一套完整的工具链来简化互操作：

主要组件

1. JavaKit：Swift 库，提供 JNI 处理宏和工具
2. SwiftKit：Java 库，帮助处理 Swift 对象
3. Swift-Java 命令行工具：自动化代码生成
4. 构建系统集成：支持 SwiftPM 插件和 Gradle 集成

改进的 JNI 工作流

使用 SwiftJava 后，JNI 实现变得简洁高效：

@JavaImplementation
extension JNIExample: JNIExampleNativeMethods {
    @JavaMethod
    func compute(_ value: JavaInteger) -> JavaInteger {
        // 业务逻辑实现
    }
}

SwiftJava 带来的优势：

• 消除手动头文件生成
• 自动处理方法签名
• 改进的对象生命周期管理
• 减少错误可能性

从 Swift 调用 Java 库

SwiftJava 支持导入完整的 Java 库而无需修改源代码。以 Apache Commons CSV 为例：

1. 依赖管理：通过 Gradle 解析 Java 依赖
2. 配置方式：
   • 使用 SwiftPM 插件（需关闭安全沙箱）
   • 或使用命令行工具手动解析

import JavaKit
import JavaApacheCommonsCSV

// 在 Swift 中启动 JVM 并直接使用 Java 库
let fileReader = FileReader("data.csv")
let parser = CSVParser(fileReader)
for record in parser {
    // 处理 CSV 记录
}

关键特性：

• 无缝处理 Java 集合（支持 Swift for-each）
• 自动管理 Java 对象生命周期
• 支持复杂的传递依赖解析

从 Java 调用 Swift 库

SwiftJava 还支持将整个 Swift 库包装为 Java 可用的形式：

1. 使用 Foreign Function & Memory API（Java 22+）
2. 生成 Java 包装类：
   • 实现 Swift 值类型接口
   • 包含原生内存指针
   • 映射所有公共方法和属性

// Java 中使用 Swift 结构体
try (var arena = ConfinedArena.open()) {
    var business = new SwiftyBusiness(arena, 42);
    business.doSomething();
} // 自动清理

内存管理最佳实践：

• 优先使用 ConfinedArena 替代依赖 GC
• 确保明确的生命周期管理
• 避免大量对象终结带来的性能问题

项目现状与未来

SwiftJava 目前已经提供了：

• 安全的互操作代码生成
• 高效的内存管理
• 与主流构建工具集成

该项目完全开源，欢迎开发者参与贡献或通过 Swift 论坛提供反馈。

总结

Swift-Java 互操作性为开发者提供了灵活的选择：

1. 在现有 Java 应用中逐步引入 Swift
2. 在 Swift 项目中复用 Java 生态
3. 将 Swift 库分享给 Java 团队使用

随着项目发展，Swift 和 Java 之间的互操作将变得更加无缝和安全。

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文档

The Swift website