總結歸納JNI和NDK相關的知識點。

JNI和NDK程式設計

版本:2018/3/18-1(11:36

JNI和NDK簡介

1、JNI是什麼？作用？

1. Java Native Interface(java本地介面)
2. 方便Java呼叫C、C++等原生代碼所封裝的一層介面

2、為什麼需要JNI？

1. java特點是跨平臺，但是會導致本地互動能力不夠強大，一些作業系統相關特性Java是無法完成的-因此Java提供JNI專門用於和原生代碼互動，依次增強本地互動能力
2. 可以使用現有的開源庫，現在很多優秀的開源庫都是用 C/C++ 編寫的。
3. 程式碼的保護，Android apk 的 java 程式碼容易被反編譯，而 C/C++ 更難反編譯。
4. 便於移植，用 C/C++ 寫的庫可以方便在其他嵌入式平臺使用。

3、NDK是什麼？

1. NDK是Android所提供的工具集合
2. 通過NDK可以在Android中更加方便地通過JNI來訪問原生代碼，如C\C++
3. NDK還提供交叉編譯器，只需要簡單地修改mk檔案就可以生成特定CPU平臺的動態庫

4、NDK的優點

1. 提高程式碼的安全性—so庫反編譯比較困難
2. 可以方便地使用目前已有的C/C++開源庫
3. 便於平臺間的移植—通過C/C++實現的動態庫可以很方便在其他平臺上使用
4. 提高程式在某些特定情況下的執行效率，但並不能明顯提升Android程式的效能。

5、AS3.0如何整合JNI功能

1. AS3.0中下載NDK,CMake(高階的編譯配置工具),LLDB(高效的C/C++的偵錯程式)
2. Java的native方法，通過javah生成對應的標頭檔案
3. 編寫C/C++程式碼
4. CMakeList檔案進行配置

6、cpp程式碼中JNIEXPORT和JNICALL關鍵字的作用？

1. 這兩個關鍵字是兩個巨集定義
2. 用於說明該函式為JNI函式, Java虛擬機器載入的時候會連結對應的native方法

7、Java虛擬機器載入so庫時，如何找到Java層中對應的hative方法？(靜態註冊)

1. 通過JNI函式的函式名
   去匹配：Java_PackageName_ClassName_NativeMethodName
2. 可以在app/build/intermediates/classes/debug通過javah -d jni 包名.類名在debug目錄下生成jni目錄(-d jni引數指定)，並在其中生成對應的H標頭檔案

8、自動生成的JNI函式中的引數jobject是什麼？

1. 當前和該JNI函式所連線的native方法所屬的類物件(等價於Java中的this)

9、JNI的動態註冊是什麼？

1. 靜態註冊native方法的過程，是將Java層的native方法和JNI函式一一對應
2. 動態註冊能讓Java層的native方法和任意JNI函式連線起來。

10、JNI進行動態註冊的步驟

1. Java中定義native函式
2. C/C++中定義對應的JNI函式(名稱隨意不需要對應)
3. C/C++中定義JNINativeMethod的資料—指明多組native函式和JNI函式對應關係
4. C/C++中的JNI_OnLoad()中進行動態註冊

public class JniUtils2 {
    static {
        System.loadLibrary("native-lib");
    }
    public native String getStringFromC();

    public native void dynamicFunction();

    public native void dynamicFunction2();
}

#include "com_hao_jniapp_JniUtils2.h"
#include "android/log.h"

extern "C" {
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_hao_jniapp_JniUtils2_getStringFromC
        (JNIEnv *env, jobject jobject1) {
    return env->NewStringUTF("我是來自JniUtils2的Native方法");
}

// 6. JNI函式(Java層的native方法的具體實現)
static void jniDynamicLog(JNIEnv *evn, jobject obj){
    __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, "feather", "JNI's Log: hello Java! Im from JNI");
}
static void jniTest(JNIEnv *evn, jobject obj){
    __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, "feather", "JNI's Log: hello Java! Im from JNI's Test");
}

/**==========================
 * 7. JNINativeMethod結構體：記錄java的native方法和JNI函式的對應關係
 *==========================*/
JNINativeMethod nativeMethod[] = {  {"dynamicFunction", //1. Java層native方法的方法名
                                            "()V",      //2. Java層native方法的描述符
                                            (void*)jniDynamicLog} //3. JNI函式的指標
                    ,{"dynamicFunction2", "()V", (void*)jniTest}  //4. 另一個繫結關係的native/jni
};

/**===========================================================
 * 1. JNI_OnLoad會在Java中的`System.loadLibarary()`載入so庫的時候呼叫
 * @param jvm *jvm為Java虛擬機器例項，JavaVM為一個結構體。
 *==========================================================*/
JNIEXPORT jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM *jvm, void *reserved) {

    JNIEnv *env;
    //2. *jvm呼叫GetEnv()會獲得JNIEnv變數
    if (jvm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {

        return -1;
    }
    __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, "feather", "JNI's Log: JNI_OnLoad...");
    //3. JNIEnv結構體指向一個函式表, 獲取到JniUtils物件
    jclass clz = env->FindClass("com/hao/jniapp/JniUtils2");
    //4. 將JniUtils物件和nativeMethod結構體所描述的Java層native方法和JNI函式 進行動態註冊
    env->RegisterNatives(clz, nativeMethod, sizeof(nativeMethod)/sizeof(nativeMethod[0]));

    //5. return 當前使用的JNI版本
    return JNI_VERSION_1_4;
}

}

11、JNINativeMethod的作用

1. 作為一個結構體，描述了native方法和JNI函式的繫結關係

typedef struct {
    const char* name;//Java層native方法的名字
    const char* signature;//Java層native方法的描述符
    void*       fnPtr;//對應JNI函式的指標
} JNINativeMethod;

12、JNIEnv結構體的作用

1. 指向一個函式表，該函式表指向一系列JNI函式
2. 通過這些JNI函式就能夠實現呼叫Java層的程式碼

//1. 獲取到Java物件中某個變數的ID
jfieldID GetFieldID(jclass clazz, const char* name, const char* sig)
//2. 根據變數的ID獲取到資料型別為boolean的變數
jboolean GetBooleanField(jobject obj, jfieldID fieldID)
//3. 獲取到Java物件中對應方法的ID
jmethodID GetMethodID(jclass clazz, const char* name, const char* sig)
//4. 根據方法ID去呼叫對應物件中的方法，且該方法返回void
CallVoidMethod(jobject obj, jmethodID methodID, ...)
//5. 根據方法ID去呼叫對應物件中的方法，且該方法返回boolean
CallBooleanMethod(jobject obj, jmethodID methodID, ...)

13、JNI資料型別的作用

1. Java層和C/C++的資料型別和物件不能直接相互引用和使用。
2. C/C++的指標對於Java就是無法識別的。
3. 綜上：JNI層定義了自己的資料型別以達到銜接的作用。

14、JNI中有哪幾種資料型別？

1. JNI的資料型別分為兩種：基本型別和引用型別

15、JNI的原始資料型別

16、JNI引用型別？

1. JNI定義了一些引用型別來便於JNI層呼叫

jobject                     (all Java objects)
|
|-- jclass                  (java.lang.Class objects)
|-- jstring                 (java.lang.String objects)
|-- jarray                  (array)
|     |--jobjectArray       (object arrays)
|     |--jbooleanArray      (boolean arrays)
|     |--jbyteArray         (byte arrays)
|     |--jcharArray         (char arrays)
|     |--jshortArray        (short arrays)
|     |--jintArray          (int arrays)
|     |--jlongArray         (long arrays)
|     |--jfloatArray        (float arrays)
|     |--jdoubleArray       (double arrays)
|
|--jthrowable

17、JNI中的方法ID和變數ID的作用？

1. 如果要在在JNI中去呼叫Java層的某個方法，首先需要獲取它的ID，再根據ID通過JNI函式去獲得該方法。

//變數ID
struct _jfieldID;
typedef struct _jfieldID *jfieldID;

//方法ID
struct _jmethodID;
typedef struct _jmethodID *jmethodID; /* method IDs */

18、JNI中類描述符的作用

1. 用於去獲取Java的物件。
2. 例如com.hao.jniapp.JniUtils2這是該類所屬於的包。需要更換為com/hao/jniapp/JniUtils2-這就是類的描述符(FindClass("com/hao/jniapp/JniUtils2")中常用)。
   3.

19、方法描述符？

1. 就是用於確定native方法的引數和返回值。
2. “()V”中“V”表示返回值為空
3. “()V”中“()”標識為引數

20、資料型別描述符

21、陣列描述符

1. 一位陣列的描述符是“[+對應的型別描述符”
2. 二維和三維陣列，以”[[“和“[[[”開頭，更多維陣列類似

22、JNI函式中呼叫Java的靜態方法

1. Java層的native方法所在類編寫一個一般方法
2. C/C++的檔案中編寫函式，引數需要有(JNIEnv *env, jobject thiz)，在內部去獲得Java層方法並呼叫。
3. 在C/C++的JNI函式中去呼叫上者的方法。

//JniUtils2.Java
public class JniUtils2 {
    static {
        System.loadLibrary("native-lib");
    }
    ...
  //1. 靜態方法
    public static void staticShowMsg(String msg){
        Log.i("feather", "I'm Java Static method: get JNI's msg =" + msg);
    }
}

//xxx.cpp
void callJavaMethod(JNIEnv *env, jobject thiz){
  //1. 獲取到Java的class
    jclass clazz = env->FindClass("com/hao/jniapp/JniUtils2");
    if(clazz == NULL){
        printf("find class JniUtils2 error!");
        return;
    }
  //2. 獲取到方法ID
    jmethodID  id = env->GetStaticMethodID(clazz, "staticShowMsg", "(Ljava/lang/String;)V");
    if(id == NULL){
        printf("find method staticShowMsg error!");
    }
  //3. 呼叫該靜態方法並傳入引數
    jstring msg = env->NewStringUTF("Hello Java! I'm JNI message");
    env->CallStaticVoidMethod(clazz, id, msg);
}

23、JNI函式中呼叫Java的非靜態方法

重點是通過JNIEnv非靜態方法去呼叫，並且需要將對應的Java物件的this作為引數傳入。

//java
public class JniUtils2 {
    static {
        System.loadLibrary("native-lib");
    }
    ...
    public void showMsg(String msg){
        Log.i("feather", "I'm Java method: get msg =" + msg + "from JNI");
    }
}

void callAnothorJavaMethod(JNIEnv *env, jobject thiz){
    jclass clazz = env->FindClass("com/hao/jniapp/JniUtils2");
    if(clazz == NULL){
        printf("find class JniUtils error!");
        return;
    }
  //1. 獲取非靜態方法的ID
    jmethodID  id = env->GetMethodID(clazz, "showMsg", "(Ljava/lang/String;)V");
    if(id == NULL){
        printf("find method showMsg error!");
    }
    jstring msg = env->NewStringUTF("Hello Java! I'm JNI message");
  //2. 重點是需要將代表JniUtils2物件的this指標(`jobject thiz`)
    env->CallVoidMethod(thiz, id, msg);
}

參考書籍