JNI 原理与入门

---

JNI 是什么

• JNI = Java Native Interface
• 是java调用C语言用的
• 是java调用 “用C语言代码编译出来的库” 用的
• 因为用C语言编写的程序是不可移植的，是平台相关的，所以这种代码一般叫做Native Code
• 举例来说，用C语言在Windows上写了一个HelloWorld，用VC编译成了dll，这个dll拿到Linux上是运行不起来的。
• 这就是为什么叫做 “Native” Interface了

HelloWorld

• 我们先搞个 JNI 的 helloworld，来个感性的认识。
• 本例实现的是一个 java 的 helloworld 程序，但其中的打印 “HelloWorld!” 的功能，是用 C 语言实现的。
• 本例基于 Windows7、JDK1.6，用记事本和cmd命令行完成，下面是详细步骤。

1. 编写 java 文件

• 用记事本写一个最简单的 HelloWorld.java
• 其中打印“HelloWorld”那句话交给C语言去完成，而不再 System.out.println()

public class HelloWorld {    public native void displayHelloWorld();    static {        System.loadLibrary("hello");    }    public static void main(String[] args) {        new HelloWorld().displayHelloWorld();    }}

• 1：public native void displayHelloWorld(); 这句话把 displayHelloWorld() 方法声明为 native 的，也就是说这个方法由C语言的库来提供，我们不要去实现它。那么C语言的库在哪里呢？
• 2：System.loadLibrary("hello"); 这句话的意思就是加载C语言的 hello 这个库，这个库在Windows上是一个叫 hello.dll 的文件，一会儿我们会写相应的C代码去实现 displayHelloWorld()，并编译成dll文件供java使用。
• 3：System.loadLibrary("hello"); 这句话一般写在 static 块里，static{}不是这篇的重点，不解释

2. 编译 java 文件

• 我们先把这个 HelloWorld.java 编译成class字节码:

javac HelloWorld.java

3. 编写 c 语言文件

• 下面我们用C语言来实现 displayHelloWorld()
• 记事本新建一个文件叫 HelloWorldC.c，内容如下：

#include "jni.h"JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_displayHelloWorld(JNIEnv *env, jobject obj){    printf("Helloworld!\n");    return;}

• 1：include 必须要有，jni.h 是 java sdk 提供给我们的，具体路径在：%java_home%\include
• 2：这个函数名必须是前缀 Java_包名_类名_C函数名，参数必须是 (JNIEnv* env,jobject obj,其他参数,..)。
• 3：函数名和参数太长记不住没关系，我们后面会讲如何借助工具自动生成。

4. 编译 c 语言文件

• 写好c文件之后，我们编译它，生成 dll。
• 如何把c文件编译生成dll不是本文的重点，我们必须得到 hello.dll 就对了。关于如何编译，本文附录部分会提供两种方法。
• 注意，生成的dll文件名必须叫 hello.dll，因为我们的java代码里 load 的就是 “hello”（System.loadLibrary("hello");）

5. 运行

• 好了，保证 hello.dll 和 HelloWorld.class 在同一目录下，我们运行：

java HelloWorld

• 没问题的话，就可以看到打印出 HelloWorld 了
• 这个例子说明 java 确实可以使用 c 实现的功能。

Android 中的 JNI 简介

• Android 系统的底层是 Linux，Linux 是由大量的 c 语言库构建起来的
• 而 Android 的应用程序却都是 Java 开发的。所以 Android 系统中大量的使用了 JNI。
• 我们上面的 HelloWorld， 是运行在 Windows 的 java 程序去调用 Windows 上的 c 库函数。
• 而在 Android 上，一般是 App（即运行在 Android 上的 java 程序） 去调用 Android 上的 c 库函数。
• 也就是说，如果我们上面的 HelloWorld 如果想在 Android 上做，则：
  
  1. HelloWorld.java 要变成 HelloWrold.apk。HelloWrold.apk 起码要有一个 Activity，上面起码要有个 TextView，来显示 “HelloWorld!”
  2. hello.dll 要变成 hello.so。不再是用 VC 生成 dll，而是要用 gcc 或者什么东西，生成一个可以在 Android 上运行的 so 库。
• 其中第一个问题好办，我们用 eclipse 或 AndroidStudio 可以轻松搞一个 apk。
• 第二个问题需要把 c 语言代码编译成能在 Android 上运行的库文件，这需要 Google 的专门工具：NDK。

NDK

• NDK 是 Native Development Kit 的缩写，是谷歌提供的 C/C++ 编译工具链，专为 Android 准备。
• NDK 本质上是编译器、连接器的集合。编译器是 gcc/clang，连接器是 ld，等等。
• 简单来说，NDK 就是一个 toolchain，能把 c/c++ 源码编译成运行在 Android 上的库文件/可执行文件。
• 他的使用方式跟 gcc 很像：书写 Makefile 来描述你项目的组织结构，使用 make 命令来调用 gcc 工具链，实现编译目标。
• NDK的安装：只需要下载解压即可，解压之后可以拷贝到任意目录。下载地址：http://developer.android.com/tools/sdk/ndk/index.html
• 使用 NDK 的目的就是把 c/c++ 的源文件编译成库，供 App 调用。
• 使用 NDK 大体上有两种方式：
  
  • 集成到IDE里，比如 eclipse 或者 AndroidStudio
  • 直接使用命令行
• 无论哪种方式，其本质都是调用 NDK 的命令行：ndk-build，让 ndk 根据你书写的 Android.mk 去把你的 c 代码编译成库。
• 使用 NDK 的关键是编写 makefile。即通过 makefile 告诉 NDK，该把哪些源文件编译成哪个库。
• NDK 使用的 makefile 是经过谷歌改良的，跟正常的 makefile 语法稍有不同。一般叫做 Android.mk。
• 具体用法本文不展开。

Native 层和 JNI 层

• 我们现在知道了 Java 层和 JNI 层，一个是 Java 写的，一个是 C/C++ 写的。
• 其实一般用 C/C++ 写的程序，还分为两层：Native 层和 JIN 层。
• 为什么有这个区分呢？
• 所谓 Native 层，是不需要知道有 Java 层存在的，它只负责干活就行了。比如一些已有的 c 语言库，它的开发者根本不知道将来需要被 Java 层使用的。
• 而 JNI 层是知道 Java 层存在的，它往往不真的干活，而只是把 Java 的调用转交给真正干活的 Native 层去处理。

附录

附录1：让 Java 自动帮我们生成C函数名

• Java提供了一个工具：javah.exe，能根据你的 Java 代码，自动帮你生成需要的C函数的函数名，并保存成一个.h文件。
• 具体用法：

javah 包名.类名

• 注意：jdk 1.6 javah 需要的参数是.class文件，jdk 1.7 需要的是.java文件。
• 也就是说，如果你用的是 jdk1.6，则需要先把 java 编译成字节码才能运行 javah。
• 在我们上面的例子里（jdk1.6），编译好 HelloWorld.class后，我们运行：

javah HelloWorld

• 注意：保证执行 javah 命令的目录中存在 HelloWorld.class。注意不要写成 javah HelloWorld.class

• 执行完 javah 命令之后，会生成一个 HelloWorld.h 文件，其内容如下：

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */#include <jni.h>/* Header for class HelloWorld */#ifndef _Included_HelloWorld#define _Included_HelloWorld#ifdef __cplusplusextern "C" {#endif/* * Class:     HelloWorld * Method:    displayHelloWorld * Signature: ()V */JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_displayHelloWorld  (JNIEnv *, jobject);#ifdef __cplusplus}#endif#endif

• 可以看到，他自动生成了函数名及参数，我们可以直接从里面复制。当工程量大了以后，生成这个头文件给C语言程序员去用是必要的。

附录2：如何生成 dll

方法1. 使用 VisualStudio

• 使用的是 VS2010，其他版本应该大同小异

• 新建项目时，要选择DLL项目而不是控制台应用程序项目。对VS2010来说，具体就是：
  选“Win32项目”，而不是“Win32控制台应用程序”。Win32项目点确定 –> 下一步可以选DLL。

• 把 jin.h 和 jni_md.h 让项目能引用到。

  • 要么就去 jdk 的 include 下把他俩复制到你项目里，
  • 要么就在项目上右键–>属性，C/C++—>常规—>附加包含目录，填写 <your_jdk_path>/include 和 <your_jdk_path>/include/win32

• VS默认生成的都是cpp文件，按c++编译。这样编译出来的 DLL 不能直接被 java 使用。有以下解决方法：

  • 要么所有源文件后缀名改成.c，重新生成项目。

  • 要么在头文件里加上如下内容（就是从 javah 生成的那个头文件里复制出来的）：

    #ifdef __cplusplus extern "C" {#endifJNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_displayHelloWorld  (JNIEnv *, jobject);#ifdef __cplusplus }#endif

  • 或者你直接 include javah 生成的那个头文件，就不用去解决cpp不兼容的问题了。

方法2. 使用 cl 命令行

• cl.exe 是 vc6.0 的编译器
• 网上可以下载到绿色版，叫 mycl.rar，挺小的，才1.53M
• 解压后直接使用其中的 cl.exe 即可
• 使用之前需要先设置如下环境变量：

CL_HOME=D:\ProgramFiles\mycl把 CL_HOME 加到 path 里去INCLUDE=%CL_HOME%\includeLIB=%CL_HOME%\lib

• cl 的帮助可以用 cl /? 调出来

• 编译以上 c 语言文件的完整命令行如下：

cl -I "%java_home%\include"  -I "%java_home%\include\win32" -LD  HelloWorldC.c -Fehello.dll

• 1：其中 -I 表示 include 的搜索路径 ，我们必须把”%java_home%\include”和%java_home%\include\win32”加上
• 2：-LD 表示需要生成dll

• 3：-Fe表示输出文件，后面紧跟文件名

• 另外，如果编译时提示LIBCMT.LIB找不到，可下载个VC6.0的安装包，在…./VC98/LIB/ 下可以找打这个文件，把它复制到mycl的LIB目录下即可了。