Android 进阶——NDK开发

• NDK介绍

  NDK(Native Development Kit)即本地代码开发套件，既然提到本地代码与之对应就有非本地代码。
  众所周知Android系统是基于Linux进行改写而成，而Android程序是由Java代码进行编写，Java代码最大的优点在于其跨平台的特性，因此不能直接运行在操作系统之上，而是运行在自家的JVM虚拟机中，Android程序也是这样，每一个Android程序都运行在一个独立的Dalvik虚拟机中。
  由于这个机制当系统需要执行对应的Java代码时Dalvik虚拟机会进行一次解释，这样便导致了运行速率的降低。所以便引入了本地代码native的概念，使用本地代码编写程序可以由操作系统直接执行，省去了中间虚拟机解释的过程，可以让应用运行的更快。而NDK就是Google公司开发的一套可以将C代码编译成本地代码的开发套件。

• 使用NDK的好处
  
  1. 可以提高程序的执行效率。
  2. 常见的.class很容易被反编译，而C/C++库被反编译的难度较大。
  3. C语言的历史显然远远大于Java，因此市面上存在大量现成的C/C++库可以提供使用。
  4. C语言库支持各种硬件平台，因此编写C库可以方便在别的平台进行复用，例如嵌入式开发。
  5. 支持增量升级。

• JNI
  JNI(Java Native Interface)即Java本地接口，熟悉Java和面向对象的人都知道接口的含义，简而言之就是一种规则、规范。这里的JNI也是同样的道理。
  在Android中编写本地代码需要使用C/C++进行编程，而如何定义Java和C两种不同语言的交互规则就是JNI的存在意义。可以将JNI看做一座桥梁，一座连通Java和C的桥梁，两种语言需要通过JNI这座桥才可以进行信息的交换。直接的体现就是通过JNI可以将Java的数据给C使用，同时C的数据也能给Java使用。
  常见的例子：Java需要使用一串字符串时，有封装好的String对象，而在C语言中是没有String这种概念的，字符串在C中只能通过*char[]字符数组的指针进行操作，为了实现两种平台的交互，JNI中定义了jstring的类型。

• 链接库

  • 静态链接库
    将所需要的一切依赖库都便已在一个文件中，体积大。后缀名.a
  • 动态链接库
    运行时才去查找相关依赖库，体积小，但是可能出现找不到依赖库等问题。

• 交叉编译
  在某个平台上生成另一个平台的可执行代码
  例如：x86 -> Arm Arm->x86

• make
  将指定的C文件编译成可执行的链接库

Android下本地开发基本流程

1.创建java类，声明需要使用的本地方法，用native标识。
2. 通过JDK命令javah生成本地方法对应的c头文件。
3. 编写JNI层，引入生成的头文件，并且实现其中的方法。
4. 编写CMakeLists.txt（老版本为Android.mk已经被cmake代替）文件，引入三方链接库，头文件，以及之间的关联关系。设置最终编译的链接库名字和类型。
5. 在Java代码中使用静态代码块引入，其中名字为make文件中设置的名字，不需要写后缀名。（最后生成的名字和设置的名字会有所不同，通常会在前面默认添加lib）。

{System.loadLibrary("xxxx");}

写在最后

远在Android2.2之后Google便引入了JIT(Just In Time Compiler)编译系统。我们使用Java开发android，在编译打包APK文件时，会经过以下流程：

1. Java编译器将应用中所有Java文件编译为class文件
2. dx工具将应用编译输出的类文件转换为Dalvik字节码，即dex文件之后经过签名、对齐等操作变为APK文件。

Dalvik虚拟机可以看做是一个Java VM，他负责解释dex文件为机器码，如果我们不做处理的话，每次执行代码，都需要Dalvik将dex代码翻译为微处理器指令，然后交给系统处理，这样效率不高。

为了解决这个问题，Google在2.2版本添加了JIT编译器，当App运行时，每当遇到一个新类，JIT编译器就会对这个类进行编译，经过编译后的代码，会被优化成相当精简的本地代码（即native code），这样就避免了虚拟机解释的过程。
一直持续到Android4.4之后，Google公司提出了另外一套运行模式ART(Android Run Time)。

JIT编译方式虽然实现了每次运行程序只需要执行一次编译工作，但是依然运行在虚拟机上，编译工作是及时性进行的，也就是每次运行程序后都需要再次对代码进行编译。

ART的策略与Dalvik不同，在ART 环境中，应用在第一次安装的时候，字节码就会预先编译成机器码，使其成为真正的本地应用。之后打开App的时候，不需要额外的翻译工作，直接使用本地机器码运行，因此运行速度提高。

通过ART和JIT，其实现在使用Java编写的Android程序相对于C已经不存在明显的劣势了，那为什么我们还要使用NDK开发呢。个人分析，有以下几点：

1. 虽然从编译角度上说两者几乎已经没有区别，但是Java的特性决定了对于一些大量精密的逻辑操作远不如C来的简单粗暴，毕竟C中的静态内存是程序员自己分配和释放的，可以在使用代码使用完后的第一时间进行资源的释放，而Java则是依赖GC进行自动的垃圾回收，虽然GC的算法很强大，但是灵活性始终不如人工来的即时。
2. C语言历史悠久，为了使用已有的解决方案无法避免的需要调用他人封装好的C库。
3. 对于一些底层开发，如硬件层和协议层，C可以直接操作内存地址和CPU指令的特点无可替代。

因此我们需要理性分析，根据实际情况酌情使用NDK开发。并不是NDK效率就一定会高于原生Java开发。