JNI数据类型转换和JNIEnv的介绍、操作jobject，以及jstring的介绍

摘录、参考文档：

1.深入理解Android：卷1 作者：邓凡平

上一章，讲了关于JNI注册的相关知识；

这一章讲的内容比较多，主要是以下几方面的内容：

1）java与JNI之间的数据类型转换；

2）JNIEnv的介绍；

3）JNIEnv的使用，如何操作jobject；

4）jstring介绍。

1. 数据类型转换

在Java中调用native函数传递的参数是java数据类型，那么这些参数到了JNI层会变成什么呢？

java数据类型分为基本数据类型和应用数据类型两种，JNI层也是区别对待两者的。先来看看基本数据类型的转换。

1.基本数据类型转换

上面列出了java的基本数据类型和jni层数据类型对应的转换关系，非常简单。不过，务必注意转换成native类型后对应数据类型的字长。

2.应用数据类型的转换

由上表可知：除了java中基本数据类型的数组、Class、String和Throwable外，其余所有java对象的数据类型在JNI中都用jobject表示。

可以看看processFile这个函数：

从上面这段代码中可以发现：

1）java中的String类型对应jni中的jstring类型；

2）java中的MediaScannerClient对象类型在JNI层对应jobject类型。

如果对象类型都用jobject表示，就好比是native层的void*类型一样，对于我们来说，它们完全是透明的。既然是透明的，那么我们如何来操作它们呢？在回答这个问题之前，我们在仔细看一下上面的android_media_MediaScanner_processFile函数，代码如下：

该如何操作jobject，使用JNIEnv。JNIEnv是下面将要说的重点。

2.JNIEnv介绍

JNIEnv是一个与线程相关的代表JNI环境的结构体。从上图可知，JNIEnv实际上就是提供了一些JNI系统函数。通过这些函数可以：

1）调用java函数；

2）操作jobject对象做很多事情。

JNIEnv是一个与线程相关的对象。也就是说，线程A有一个JNIEnv，线程B也有一个JNIEnv。由于线程相关，所以不能在线程B中使用线程A的JNIEnv结构体。但是，JNIEnv不都是native函数转换成jni函数后由虚拟机传进来的吗？使用传进来的这个JNIEnv总不会错吧？是的，在这种情况下使用当然不会报错。只是当后台线程收到一个网络消息，而又需要由native层函数主动回调java层函数时，JNIEnv从何而来？根据前面的介绍可知，我们不能保存另外一个线程的JNIEnv结构体，然后把它放到后台线程中用。这该如何是好？

还记得上一篇文章介绍动态注册JNI函数时的那个JNI_OnLoad函数吗？它的第一个参数是JavaVM，它是虚拟机在JNI层的代表，全进程只有一个JavaVM对象，不论进程中有多少个线程，JavaVM却是独此一份，所以可以保存，并且在任何地方使用都没有问题。

那么，JavaVM和JNIEnv又有什么关系呢？答案如下：

1）调用JavaVM的AttachCurrentThread函数，就可得到这个线程的JNIEnv结构体。这样就可以在后台线程中回调java函数了；

2）另外，在后台线程退出前，需要调用JavaVM的DetachCurrentThread函数来释放对应的资源。

对于JNIEnv的介绍到此为止，下面我们来说说JNIEnv的使用。

3.通过JNIEnv操作jobject

上面说到过一个问题，即Java的应用类型除了少数的几个外，最终在JNI层都会用jobject来表示对象的数据类型，那么该如何操作这个jobject呢？

从另外一个角度解释这个问题。一个java对象是由什么组成的？当然是它的成员变量和成员函数了。那么，操作jobject的本质就应当是操作这些对象的成员变量和成员函数。所以应先来看与成员变量及成员函数有关的内容。

1）jfieldID和jmethodID介绍

我们知道，成员变量和成员函数都是由类定义的，它们是类的属性，所以在JNI规则中，用jfieldID和jmethodID来表示java类的成员变量和成员函数，可通过JNIEnv的下面两个函数得到：

其中，jclass代表java类，name表示成员变量或成员函数的名字，sig为这个函数或变量的签名信息。如上图所示，成员变量和成员函数都是类的信息，这两个函数的第一个参数都是jclass。

我们来看看在MediaScanner中是怎么使用它们的：

在上面的代码中，讲scanFile和handleStringTag函数的jmethodID保存为MyMediaScannerClient的成员变量。为什么要保存它们？这个问题涉及一个关于程序运行效率的知识点：

如果每次操作jobject前都去查询jfieldID和jmethodID，那么将会影响程序运行的效率，所以我们在初始化的时候可以取出这些ID并保存起来以供后续使用。

取出jmethod之后，又该如何使用它？

2.使用jfieldID和jmethodID

再看一个例子：

明白了吧，通过JNIEnv输出CallVoidMethod，再把jobject、jmethodID和对应的参数传进去，JNI层就能够调用java对象的函数了。

实际上JNIEnv输出了一系列类似CallVoidMethod的函数，形式如下：

NativeType Call<type>Method(JNIEnv *env, jobject obj, jmethodID methodID, ...)

其中type对应java函数的返回值类型，例如CallIntMethod、CallVoidMethod等。

上面是针对非static函数的，如果想调用java中的static函数，则用JNIEnv提供的CallStatic<type>Method系列函数。

现在我们知道了如何通过JNIEnv操作jobject的成员函数，那么如何通过JNIEnv操作jobject的成员变量呢？如下所示：

现在，我们已经了解了jfieldID和jmethodID的作用，也知道了如何通过JNIEnv的函数来操作jobject。虽然jobject是透明的，但有了JNIEnv的帮助，还是能轻松操作jobject背后的实际对象的。

4. jstring介绍

Java中的String也是应用类型，不过由于它的使用频率较高，所以在JNI规范中单独创建了一个jstring类型来表示java中的String类型。虽然jstring是一种独立的数据类型，但它并没有提供成员函数以便操作。而c++中的string类是有自己的成员函数的。那么该怎么操作jstring呢？还是得依靠JNIEnv提供帮助。这里看几个有关jstring的函数：

1）调用JNIEnv的NewString(JNIEnv *env, const jchar *unicodeChars, jsize len)，可以从native的字符串得到一个jstring对象。其实，可以把一个jstring对象看成是java中String对象在JNI层的代表，也就是说，jstring就是一个java String。但是由于java String 存储的是Unicode字符串，所以NewString函数的参数也必须是Unicode字符串。

2）调用JNIEnv的NewStringUTF函数，将根据native的一个UTF-8字符串得到一个jstring对象，在实际工作中，这个函数用的最多。

3）上面两个函数将本地字符串转换成了java的String对象，JNIEnv还提供了GetStringChars函数和GetStringUTFChars函数，它们可以将java的String对象转换成本地字符串。其中GetStringChars得到一个Unicode字符串，而GetStringUTFChars得到一个UTF-8字符串。

4）另外，如果在代码中调用了上面几个函数，在做完相关工作后，就都需要调用ReleaseStringChars和ReleaseStringUTFChars函数来对应的释放资源，否则会导致JVM泄露。这一点和jstring的内部实现有关，读者写代码时务必注意这个问题。

为了加深印象，来看processFile是怎么做的。

文章到这里就结束了。

在这里，感谢深入理解Android的作者邓凡平，谢谢他的贡献。