连接Java和C/C++层的关键--Android的JNI

JNI的作用

    JNI是Java Native Interface（Java本地接口）的缩写。是从Java继承而来的，在Android中JNI的作用大大增强了。Android作为一种嵌入式操作系统，有大量和驱动、硬件相关的功能必须在native层实现，另外一些注重性能、功耗的功能使用C/C++来实现也优于Java来实现。因此，在Android开发中，无论是应用开发，还是系统开发都离不开JNI。

    Android中，Java层主要负责UI功能的实现，而C/C++层则完成一些复杂的算法以及和底层交互的功能，因此，Java层和C/C++层交互比较频繁，这就用到了JNI。

    Java语音的执行，离不开虚拟机。因此，当需要在Java中调用C/C++层的函数时，需要告诉虚拟机哪个方法代表本地的函数，以及在哪里能找到这个函数，反之类似。但是这两者之间还是有区别的，从Java到C/C++建立的是函数间的关联；而从C/C++到Java，必须先得到Java对象的引用，才能调用该对象的方法。这是因为Java是“纯”面向对象的语言，所以从C/C++到Java，必须和对象打交道，而不想C/C++中对象和函数可以混用。

    注意，无论从Java到C/C++，还是从C/C++到Java，两者是在一个线程中运行的。

JNI用法

从Java到C/C++

    1、装在JNI动态库

        为了使用JNI，在调用本地方法前必须把C/C++代码所在的动态库装载到进程的内存空间中。装载库文件调用的是System类的loadLibrary()方法，如下：

public static void loadLibrary（String libName）

        参数是动态库文件名称的一部分。Android JNI动态库的名称必须以“lib”开头，这里传入的参数是去掉前缀“lib”和后缀“.so”的中间部分。由于不同平台动态库的后缀时不一样的，Java希望代码能够跨平台使用，所以参数去掉了和系统相关的部分。

        调用loadLibrary()方法不需要指定库文件的路径，Android会在几个系统目录下查找动态库。

        为了保证调用native方法前所需要的动态库已经加载，loadLibrary()的调用位置一般放在类的static代码块中，这样进程初始化时就能执行装载语句了。例如，AudioEffect类装载JNI库的代码如下：

public class AudioEffect {    static {        System.loadLibrary("audioeffect_jni");        native_init();    }    ......}

    2、定义native方法

    在Java类中定义native方法很简单，在方法前加上“native”关键字就可以了，例如：

    // ---------------------------------------------------------    // Native methods called from the Java side    // --------------------    private static native final void native_init();

    在native方法中，可以使用任何类型作为参数，包括基本对象类型、数组类型、负责对象等。

    3、编写JNI动态库

    JNI动态库中定义了一个“JNI_OnLoad()”的函数，这个函数在动态库加载后会被系统调用，用于完成JNI函数的注册。函数原型如下：

jint JNI_OnLoad（JavaVM* vm, void*）

    在该函数中最重要的就是调用registerNativeMethods()函数，完成动态库中JNI函数的注册。所谓注册，就是通过一张表把Java类中定义的native方法和本地C函数联系起来，这样Dalvik虚拟机在解析Java类中的native方法时就能查找到对应的C函数。

    下面看一个简单的例子：（media\jni\audioeffect\android_media_AudioEffect.cpp）

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved __unused){......    if (register_android_media_AudioEffect(env) < 0) {        ALOGE("ERROR: AudioEffect native registration failed\n");        goto bail;    }......}

int register_android_media_AudioEffect(JNIEnv *env){    return AndroidRuntime::registerNativeMethods(env, kClassPathName, gMethods, NELEM(gMethods));}

// Dalvik VM type signaturesstatic const JNINativeMethod gMethods[] = {    {"native_init",          "()V",      (void *)android_media_AudioEffect_native_init},    {"native_setup",         "(Ljava/lang/Object;Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;II[I[Ljava/lang/Object;Ljava/lang/String;)I",                                         (void *)android_media_AudioEffect_native_setup},......    {"native_setParameter",  "(I[BI[B)I",  (void *)android_media_AudioEffect_native_setParameter},......};

static const char* const kClassPathName = "android/media/audiofx/AudioEffect";

    registerNativeMtehods()函数的原型是：

int registerNativeMethods(JNIEnv* env, const char* classname, const JNINativeMethod* gMethods, int numMethods);

    第二个参数classname是指Java类的权限定类名，但是名称中的“.”要换成“/”。例如上面例子。第三个参数是JNINativeMethod类型的数组，类型定义如下：

typedef struct {    const char* name;    const char* signature;    void* fnPtr;} JNINativeMethod;

    类型定义中的成员变量name是指Java类中native方法的名称；signature是native方法的参数签名；fnPtr是指native方法对应的本地函数指针。

    本地函数的原型要求如下：

返回类型 函数名(JNIEnv *env, jobject obj, ......)；

    第一个参数是JNI环境，第二个参数是指调用类的Java对象，后面省略号和具体方法的参数一致。具体例子如下：

static jintandroid_media_AudioEffect_native_setEnabled(JNIEnv *env, jobject thiz, jboolean enabled){    ......}

    4、参数签名

    native方法的参数签名使用了一些缩写符号来代表参数类型，签名有参数加返回值组成，参数必须用小括号括起来，没有参数时使用一对空括号。如“（I）V”，表示方法有一个整形参数，无返回值；“（[IZ）I”，表示方法有两个参数，第一个参数是整形数组，第二个参数是布尔型，返回类型是整形。

    参数签名中数组的表示方法是 在基本类型符号前加上“[”。

    复杂类型的参数签名格式是“L”加上“全限定类名”再加上“；”，例如

Ljava/lang/String;

从C/C++到Java

1、生产Java对象

    在JNIEnv中生成一个Java对象可以使用函数NewObject()，函数原型如下：

jobject NewObject(jclass clazz, jmethodID methodID, ...)

    clazz是指Java类对象（不是类的实例对象），可以通过函数FindClass()得到；参数methodID是指Java类的构造函数。

    FindClass()函数原型如下：

jclass FindClass(const char* name)；

    name是指Java类的名称，如： “/java/lang/String”。jclass用来表示Java类。

    调用一个Java对象的方法或者存取一个Java对象的域变量前，要先知道对应的Id。取得方法Id和域变量Id的函数原型如下：

jmethodID GetMethodID(jclass clazz, const char* name, const char* sig);jfieldID GetFieldID(jclass clazz, const char* name, const char* sig);

    参数name是指Java类的方法或成员变量名称；sig是指参数类型签名。

    如果要获得一个Java类的构造函数，使用函数GetMethodID时，传入的参数name必须是“<init>”才行。

2、调用Java类的方法

    env->CallStaticVoidMethod(        callbackInfo->audioEffect_class,        fields.midPostNativeEvent,        callbackInfo->audioEffect_ref, event, arg1, arg2, obj);

3、存取Java类的域变量

    env->SetLongField(thiz, fields.fidJniData, (jlong)lpJniStorage);

JNI环境

待续。。。

ART带来的JNI变化

待续。。。