Android JNI编程入门

JNI概述

JNI的全称是Java Native Interface，它提供了若干的API实现了Java和其他语言的通信（主要是C&C++）。

使用Java与本地已编译的代码交互，通常会丧失平台可移植性。但是，有些情况下这样做是可以接受的，甚至是必须的。例如：

1. 使用一些旧的库

2. 与硬件、操作系统进行交互

3. 提高程序的性能

4. 提高应用的安全性。

那么怎么使用JNI呢，一般情况下我们首先是将写好的C/C++代码编译成对应平台的动态库(windows一般是dll文件，linux一般是so文件等)，这里我们是针对Android平台，所以只讨论so库。

• 打包成so库会更安全一点，但肯定不是完全安全，只是相对反编译Java的class字节码文件来说，反汇编so动态库来分析程序的逻辑要复杂得多，没那么容易被破解。很多SDK，都使用了so库，例如百度SDK，微信SDK。

开始JNI编程之前，肯定要配置所支持的环境，请移步通过CMake在AndroidStudio项目中引入JNI编程。

下面就开始介绍Android中JNI编程的入门知识。

JNI函数的注册

其实就是Java的native方法与C/C++中的函数的连接，使二者能够识别彼此。

先看两个文件。

MainActivity.java：

package com.tsnt.jni.androidjnidemo;import android.support.v7.app.AppCompatActivity;import android.os.Bundle;import android.widget.TextView;public class MainActivity extends AppCompatActivity {    @Override    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {        super.onCreate(savedInstanceState);        setContentView(R.layout.activity_main);        TextView tv = (TextView) findViewById(R.id.sample_text);        TextView tv1 = (TextView) findViewById(R.id.sample_text1);        tv.setText(stringFromJNI());        tv1.setText(getStringFromJNI());    }    //声明两个本地方法    public native String stringFromJNI();    public native String getStringFromJNI();    //加载本地库native-lib    static {        System.loadLibrary("native-lib");    }}

native-lib.cpp：

//类似Java中的导包#include <jni.h>#include <string>//extern "C"的主要作用就是为了能够正确实现C++代码调用其他C语言代码//加上extern "C"后，会指示编译器这部分代码按C语言的进行编译，而不是C++的extern "C"//静态注册的方法//JNIEnv:它指向一个函数表，该函数表指向一系列的JNI函数，我们通过调用这些JNI函数可以实现与Java层的交互jstring Java_com_tsnt_jni_androidjnidemo_MainActivity_getStringFromJNIStatically(        JNIEnv *env,        jobject obj) {    //声明一个string类型变量    std::string hello = "Hello from native -- registered statically";    return env->NewStringUTF(hello.c_str());}//动态注册的方法jstring nativeGetStringFromJNIDynamically(JNIEnv *env, jobject obj) {    std::string hello = "Hello from native -- registered dynamically";    return env->NewStringUTF(hello.c_str());}//用来保存方法信息的数组JNINativeMethod nativeMethod[] = {{"getStringFromJNIDynamically", "()Ljava/lang/String;", (void *) nativeGetStringFromJNIDynamically},};//当我们使用System.loadLibarary()方法加载so库的时候,Java虚拟机就会找到这个函数并调用该函数//因此可以在该函数中做一些初始化的动作//其实这个函数就是相当于Activity中的onCreate()方法JNIEXPORT jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM *jvm, void *reserved) {    JNIEnv *env;    if (jvm->GetEnv((void **) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {        return -1;    }    //获取MainActivity对象    jclass clz = env->FindClass("com/tsnt/jni/androidjnidemo/MainActivity");    //动态注册方法    env->RegisterNatives(clz, nativeMethod, sizeof(nativeMethod) / sizeof(nativeMethod[0]));    //返回JNI版本    return JNI_VERSION_1_4;}

最后程序成功运行起来，就是这样的：

其实通过代码中的注释，大家已经可以理解个大概了，下面进行进一步分析。

静态注册

我们在MainActivity中声明了getStringFromJNIStatically()为native方法，他对应的JNI函数就是Java_com_tsnt_jni_androidjnidemo_MainActivity_getStringFromJNIStatically()。

在Java虚拟机加载so库时，会去寻找对应Java层的native方法。那它们两个究竟是怎么关联的呢？

我们仔细观察JNI函数名的构成形式是：Java_PkgName_ClassName_NativeMethodName，以Java为前缀，并且用“_”下划线将包名、类名以及native方法名连接起来就是对应的JNI函数了。

这里简单介绍一下生成的JNI函数包含两个固定的参数变量，分别是JNIEnv和jobject：

• jobject就是当前与之链接的native方法隶属的类对象(类似于Java中的this)。

• JNIEnv是个结构体，它指向一个函数表，该函数表指向一系列的JNI函数，我们通过调用这些JNI函数可以实现与Java层的交互。

这两个变量都是Java虚拟机生成并在调用时传递进来的。

然而静态注册有很多弊端，例如：

1. 代码编写不方便，由于JNI层函数的名字必须遵循特定的格式，且名字特别长；

2. 程序运行效率低，因为初次调用native函数时需要根据根据函数名在JNI层中搜索对应的本地函数，然后建立对应关系，这个过程比较耗时(静态注册是用到时加载，动态注册一开始就加载好了)。

下面就来说动态注册。

动态注册

动态注册的原理是这样的：JNI 允许我们提供一个函数映射表，注册给 JVM，这样 JVM 就可以用函数映射表来调用相应的函数。

JNI_OnLoad()

JNIEXPORT jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM *jvm, void *reserved) {    JNIEnv *env;    if (jvm->GetEnv((void **) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {        return -1;    }    //获取MainActivity对象    jclass clz = env->FindClass("com/tsnt/jni/androidjnidemo/MainActivity");    //动态注册方法    env->RegisterNatives(clz, nativeMethod, sizeof(nativeMethod) / sizeof(nativeMethod[0]));    //返回JNI版本    return JNI_VERSION_1_4;}

当我们使用System.loadLibarary()方法加载so库的时候，Java虚拟机就会找到这个函数并调用该函数，因此可以在该函数中做一些初始化的动作，其实这个函数就是相当于Activity中的onCreate()方法。

该函数返回值表示当前使用的JNI的版本，其实类似于Android系统的API版本一样，不同的JNI版本中定义的一些不同的JNI函数。

该函数有两个参数，其中*jvm代表Java虚拟机实例。

其中进行的操作主要就是，获取Java对象，完成动态注册。

JNINativeMethod

注册方法的时候利用到了JNINativeMethod这个结构体，来看代码：

//用来保存方法信息的数组JNINativeMethod nativeMethod[] = {{"getStringFromJNIDynamically", "()Ljava/lang/String;", (void *) nativeGetStringFromJNIDynamically},};

nativeMethod其实就是一个J**NINativeMethod的数组**，JNINativeMethod是这样定义的：

typedef struct {    const char* name;//Java层native方法的名字    const char* signature;//Java层native方法的描述符    void*       fnPtr;//对应JNI函数的指针} JNINativeMethod;

JNI数据类型

上面我们提到JNI定义了一些自己的数据类型。这些数据类型是衔接Java层和C/C++层的，如果有一个对象传递下来，那么对于C/C++来说是没办法识别这个对象的，同样的如果C/C++的指针对于Java层来说它也是没办法识别的，那么就需要JNI进行匹配，所以需要定义一些自己的数据类型。

基本数据类型

引用数据类型

描述符

类描述符

前面为了获取Java的AndroidJNI对象，是通过调用FindClass()函数获取的，该函数参数只有一个字符串参数，我们发现该字符串如下所示：

"com/tsnt/jni/androidjnidemo/MainActivity"

其实这个就是JNI定义了对类的描述符，它的规则就是将"com.tsnt.jni.androidjnidemo.MainActivity"中的“.”用“/”代替。

方法描述符

前面我们动态注册native方法的时候结构体JNINativeMethod中含有方法描述符，就是确定native方法的参数和返回值，我们这里定义native方法是这样的：

    public native String getStringFromJNIDynamically();

对应的描述符：“()Ljava/lang/String;”

• 括号中的值表示方法参数，没有参数，所以括号中为空。

• 括号后的值表示方法返回值，为String类型。

再举个例子：

    public native void Fun(int a, int b)

对应的描述符：“(II)V”

方法描述符中的基本数据类型

方法描述符中的引用数据类型

• 对象类型：以”L”开头，以”;”结尾，中间是用”/” 隔开，如上表第1个

• 数组类型：以”[“开始，如上表第2个（n维数组的话，则是前面多少个”[“而已，如“[[[D”表示“double[][][]”）。

• 对象数组类型：上述两者结合，如上表第3个。

对象类型与数组类型的举例

demo地址：AndroidJNIDemo

参考：

1. JNI/NDK开发指南（开山篇）
2. Android JNI编程—JNI基础
3. Android的NDK开发(4)————JNI数据结构之JNINativeMethod