JNI注册调用源码分析完整过程-安卓4.4

在Android系统中，JNI方法是以C/C++语言来实现的，然后编译在一个so文件里面，以我之前的例子为例Android Studio使用JNI，调用之前要加载到当前应用程序的进程的地址空间中：

static{System.loadLibrary("JniTest");}private native int Add(double num1,double num2);private native int Sub(double num1,double num2);private native int Mul(double num1,double num2);private native int Div(double num1,double num2);

上述方法假设类com.example.caculate有4个方法Add,Sub,Mul,Div是现在libJniTest.so文件中，因此JNI方法被调用之前我们首先要将它加载到当前的应用程序进程中来，通过调用System类的静态成员函数loadLibrary来实现的。

 

 

JNI方法的注册我们查看动态注册的代码：

#include <jni.h>#include <stdio.h>//#include <assert.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>JNIEXPORT jint JNICALL native_Add(JNIEnv *env, jobject obj, jdouble num1, jdouble num2){return (jint)(num1 + num2 +1);}JNIEXPORT jint JNICALL native_Sub        (JNIEnv *env, jobject obj, jdouble num1, jdouble num2){    return (jint)(num1 - num2 +1);}JNIEXPORT jint JNICALL native_Mul        (JNIEnv *env, jobject obj, jdouble num1, jdouble num2){    return (jint)(num1 * num2 +1);}JNIEXPORT jint JNICALL native_Div        (JNIEnv *env, jobject obj, jdouble num1, jdouble num2){    if (num2 == 0) return 0;    return (jint)(num1 / num2 +1);}//Java和JNI函数的绑定表static JNINativeMethod gMethods[] = {        {"Add", "(DD)I", (void *)native_Add},        {"Sub", "(DD)I", (void *)native_Sub},        {"Mul", "(DD)I", (void *)native_Mul},        {"Div", "(DD)I", (void *)native_Div},};//注册native方法到java中static int registerNativeMethods(JNIEnv* env, const char* className,                                JNINativeMethod* gMethods, int numMethods){    jclass clazz;    clazz = (*env)->FindClass(env, className);
   if (clazz == NULL) {        return JNI_FALSE;    }    if ((*env)->RegisterNatives(env, clazz, gMethods,numMethods) < 0){        return JNI_FALSE;    }    return JNI_TRUE;}int register_ndk_load(JNIEnv *env){    return registerNativeMethods(env, "com/example/caculate/MainActivity",                                 gMethods,sizeof(gMethods) / sizeof(gMethods[0]));                                 //NELEM(gMethods));}JNIEXPORT jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved){    JNIEnv* env = NULL;    jint result = -1;    if ((*vm)->GetEnv(vm, (void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) { //获得env        return result;    }    register_ndk_load(env);    // 返回jni的版本    return JNI_VERSION_1_4;}

经过上述的编码，编译就能生成libJniTest.so文件。

 

当libJniTest.so文件被加载的时候，函数JNI_OnLoad就会被调用。在函数JNI_Onload中，参数vm是当前进程中的Dalvik虚拟机，通过调用它的成员函数GetEnv就可以获得一个JNIEnv对象。其中JNIEnv是Dalvik虚拟机实例中的一个JNI环境列表，JNIEnv中有个成员变量指向本地接口表JNINativeInterface，当我们在C/C++代码中调用Java函数，就需要用到这个本地接口表，例如调用FindClass找到指定的Java类；调用GetMethodId可以获得一个Java类成员函数，并且可以通过类似CallObjectMethod函数来设置它的值；调用函数RegisterNatives和UnregisterNatives可以注册和反注册JNI方法到一个Java类中，便可以在Java函数中调用；调用GetJavaVM可以获得当前进程中的Dalvik虚拟机实例。每一个关联有JNI环境的线程都有一个对应的JNIEnv对象，JNIEnv是一个双向链表结构，其中第一个是主线程的JNIEnv对象。

 

之后我们便通过调用JNIEnv对象中接口函数FindClass函数获得当前JNIEnv对象关联的类名

clazz = (*env)->FindClass(env, className);

 

然后通过JNIEnv对象中接口函数RegisterNatives注册我们的4个方法。

(*env)->RegisterNatives(env, clazz, gMethods,numMethods)

 

 

以下分析在Android 4.4源码中

一、我们重点分析JNI的注册过程：

1.我们通过System.loadLibrary()函数加载我们的动态库。我们查看loadLibrary函数。

得到调用过程为

 

System.loadlibrary() //在System.java中，Java检查是否能被加载，调用Runtime.loadLibrary

|_Runtime.loadLibrary() //在Runtime.java中，检查路径，获得so绝对路径,路径合法，调用Runtime.nativeLoad

|_Runtime.nativeLoad() //JNI方法，Dalvik虚拟机在启动过程中注册的Java核心类操作

           ||                     //在java_lang_Runtime.c中

Dalvik_java_lang_Runtime_nativeLoad()//将java层的String对象转换成C++层字符串，再调用 dvmLoadNativeCode来执行so文件的加载操作

|_dvmLoadNativeCode()

dvmLoadNativeCode()函数检查so文件是否已经加载过了，就直接返回so文件的加载信息，如果没有加载，调用dlopen加载到进程中，创建SharedLib对象pNewEntry来描述加载信息，调用dlsym获得JNI_OnLoad函数在so文件中的函数指针，然后调用这个函数指针，传入JavaVM对象，这个JAVAVM对象描述了当前进程中运行的Dalvik虚拟机。

这样在调用System.loadLibrary()函数，so文件中的JNI_Onload函数就执行了，并且第一个参数描述了当前进程的Dalvik虚拟机对象。

 

2.JNI_Onload函数注册JNI函数。

 

(*vm)->GetEnv() //获得Dalvik虚拟机关联的JNIEnv对象(当前线程的JNI环境)

(*env)->FindClass() //JNIEnv结构体中的本地接口表中函数

(*env)->RegisterNatives() //JNIEnv结构体中的本地接口表中函数

                 ||

       RegisterNatives()

       |_dvmDecodeIndirectRef() //获得要注册JNI方法的类的对象引用clazz

       |_dvmRegisterJNIMethod() //通过循环调用此函数，注册methods描述的每一个JNI方法

                 |_dvmFindDirectMethodByDescriptor //检查method方法是否是clazz的的非虚成员函数

                 |_dvmFindVirtualMethodByDescriptor //检查method方法是否是clazz的虚成员函数

                 |_dvmInNativeMethod  //确保clazz的成员函数method声明为JNI方法

                 |_dvmIsSynchronizedMethod //是否是同步的

                 |_dvmIsStaticMethod //是否是静态方法

                 |_dvmResolveNativeMethod //检查Dalvik虚拟机内部以及当前所有加载的共享库中是否存在对应的JNI方法

                 |_dvmUseJNIBridge

                        |_Bridge=dvmCheckCallJNIMethod  /  dvmCallJNIMethod //根据虚拟机设置，设置Bridge函数

                        |_dvmSetNativeFunc 将bridge函数地址和JNI函数地址放入需要注册的JNI的method中

                              |_method->insns = insns;                                    //JNI方法的函数地址

                              |_android_atomic_release_store((int32_t) func,

                                                 (volatile int32_t*)(void*) &method->nativeFunc);  //将dvmCallMethodV函数放入method->nativeFunc中，后面直接通过该函数调用JNI方法的函数地址

 

　　 参数method表示要注册JNI方法的Java类成员函数，参数func表示JNI方法的Bridge函数（dvmCallJNIMethod或者dvmCheckCallJNIMethod），参数insns表示要注册的JNI方法的函数地址。

       当参数insns的值不等于NULL的时候，函数dvmSetNativeFunc就分别将参数insns和func的值分别保存在参数method所指向的一个Method对象的成员变量insns和nativeFunc中，而当insns的值等于NULL的时候，函数dvmSetNativeFunc就只将参数func的值保存在参数method所指向的一个Method对象成员变量nativeFunc中。

到此注册过程已经完成。

 

二、我们再看看函数的调用过程：

 

我们通过CallVoidMethodV系列函数调用其他方法，这些函数是JNIEnv结构体中本地接口表中的函数。

CallVoidMethodV

|_dvmCallMethodV  (stack.c中)

        |_dvmIsNativeMethod() 是JNI方法

        |             |_(*method->nativeFunc)((u4*)self->interpSave.curFrame, pResult,method, self); //使用之前注册是的bridge函数：dvmCallJNIMethod函数

        |_dvmInterpret (Interp.c中) 是Java方法

　　　　　　|_dvmMterpStd JIT和fast模式

　　　　　　|_dvmInterpretPortable Portable可移植模式 (在InterpC-portstd.c中)

　　　　　　　　　　|_1.初始化当前要解释的类(methodClassDex)及其成员变量函数(curMethod)、栈帧(fp)、程序计数器(pc)和返回值(retval)，这些值都可以从参数interpState获得。

　　　　　　　　　　|_2.再一个无限while循环中，通过FETCH宏依次获得当前程序计数器(pc)的指令，并通过宏INST_INST获得指令inst的类型，最后就switch到对应的分支去解释指令inst。

 

 

其中dvmCheckCallJNIMethod检查JNI之后调用dvmCallJNIMethod函数(jni.c中)

调用之前注册JNI时指定的dvmCallJNIMethod函数，通过这个函数执行JNI方法

dvmCallJNIMethod

|_addLocalReference(thread,method->clazz) 增加线程对java类对象的引用

|_dvmChangeStatus(thread,THREAD_NATIVE) 更改线程状态为native模式

|_dvmPlatformInvoke() //函数通过libffi库来调用对应的JNI方法，来屏蔽Dalvik虚拟机运行在不同目标平台的细节

|_dvmChangeStatus() 恢复线程状态

 

 

JNI环境对象结构体：

struct JNIEnvExt {          //JNI环境对象    const struct JNINativeInterface* funcTable;     /* must be first */    const struct JNINativeInterface* baseFuncTable;    u4      envThreadId;    Thread* self;    /* if nonzero, we are in a "critical" JNI call */    int     critical;    struct JNIEnvExt* prev;    struct JNIEnvExt* next;};

JNINativeInterface： JNIEnv的回调函数表

 View Code

 

总结一下：

系统注册或者自己注册的JNI，通过JNIEnv对象中的本地接口表函数RegisterNative注册JNI方法，使用其中的CallVoidMethod系列函数调用JNI方法。