JNI调用机制

JNI调用机制

1.JNI简介

Java Native Interface（JNI）是java本地调用接口，所谓的native就是调用c/c++的程序。

java调用C语言的情况一般有三种：

调用驱动。由于操作系统提供的驱动一般都是C接口，Java语言并不具备操作这些驱动的能力。

对于计算量比较大，处理数据比较多的模块，java的效率没有C高，所以希望用C去完成。

对于某些功能模块，可能Java和C的效率差不多，但是C已经写好了，就不想用Java重写了。

从程序的角度来说，主要关注两种情况：

1)  java访问C

2)  C访问java

对于理解JNI的调用实现，对于理解Android的源码有帮助，因为Android系统中大量的使用了JNI。

 

2.JNI交互规范

任何语言直接的交互都必须遵循一定的规则或者协议，只有这样双方才能理解各自的意图。

java中定义native函数，对于native函数只需要声明，具体实现由C去实现。也就是说，native函数的实现与声明是分离的，java负责声明，C负责实现。所以java在编译时是不会关心具体实现，编译时就不会出错。

 

3.JNI编写步骤

（1）编译包含native接口的Java类（JniProxy）的java代码：

javac JniTest.java。

（2）生成对应的*.h头文件，如JniTest.h：

javah JniTest.java

（3）使用C/C++实现本地方法，如JniTest.c/cpp：

开头包含头文件jni.h：#include<jni.h>

需要实现由javah命令生成的头文件里声明的同名方法

（4）将C/C++编写的文件生成动态连接库，如JniTest.so：

ndk-build根据Android.mk编译规则生成动态库。

 

4.Java访问C/C++

Java如何调用C/C++的呢？在调用之前java是不会关心是否已经实现，只有在调用native方法的时候，去找C生成的动态库，如果找不到动态库，那么native方法就会报错。因此如果想在java中调用native方法，需要使用在调用的代码前面使用System.loadLibrary("lib_name")去装载该动态库。

java的native函数和C中的函数存在一种映射关系，这个映射关系就是遵循的一种协议或者称为规则。

    比如，Framework中AssetManager类的成员函数init是一个JNI函数：

private native final void init();

它是由C++层的函数android_content_AssetManager_init来实现的：

static void android_content_AssetManager_init(JNIEnv*env, jobject clazz) { … }

该函数定义在文件frameworks/base/core/jni/android_util_AssetManager.cpp中。

   从上面的对应关系可以看出，在C中的规则就是，包名+类名+方法名，并且中间用下划线分割。

第一个参数env，是JNIEnv对象，该对象代表一个Java虚拟机所运行的环境，通过它可以访问JVM内部的各种对象；

    第二个参数jobject是调用该函数的对象，上面的例子指的就是AssetManager对象；每个这样的C函数的参数至少有这两个参数，如果native函数里有多个参数，依次在后面排列，java的数据类型和JNI中的数据类型对应关系，自己可以去网上查询一下。

当java调用native函数时，编译器会向native引擎传递调用者的包名，函数名及参数类型，native引擎根据这些信息决定应该调用具体的的哪个函数。

在android中，native引擎中的AndroidRuntime类提供了一个registerNativeMethods()函数，通过此函数定义java方法和C函数的映射关系。

 

5.C/C++访问java

虽然C访问java的情况不多见，不过也是能遇到的。

由于java中的函数在native引擎中并没有直接的函数指针，java函数只能由java引擎去执行，而不是C。所以访问java不能通过指针，只能通过参数接口。

java访问c的时候，把类名，函数名，参数类型传递给native引擎，然后由native引擎处理C函数，同理，C调用java时，也需要把想要访问的类名、函数名、参数传递给java引擎。

5.1调用函数

（1）获取java对象的类

jclass cls = env->GetObjectclass(jobject);

jobject就是需要调用的谁的方法，是newClassName创建出来的对象实例：class object =new class();

jclass/jobject是java类/对象（class/object）在JNI中的表示。

（2）获得java类方法的Id

jmethodId mid = env->GetMethodId(cls, "method_name", "([Ljava/lang/String;)V");

第一个参数是java对象对应的类

第二个参数是java类的方法名称

第三个参数是java类的方法签名（数据类型和返回值）

解释一下第三个参数：

参数在括弧中，返回值在括弧外， ([Ljava/lang/String;)V"：

[Ljava/lang/String代表参数类型，如果是类包名用“/”分开，并且前面加上又给大写的L。

java和native数据类型映射表

java类型 native类型

boolean  Z

byte         B

char        C

double    D

float        F

int            I

long        L

object    'L' + '包名'+';'

short      S

这个参数可以自己手工写，还是那样容易出错，java提供了一个工具用来查看参数签名,使用javap工具可以自动生成，自己从网上查询一下即可。

（3）调用对象方法

env->CallXXXMethod(jobject, mid, param1,param2,…,paramN);

其中XXX是不同的返回值类型，包括：Void,Oject,Boolean,Byte,Char,Short,Int,Long,Float,Double

第一个参数是调用的类的对象

第二个参数是上一步获得的方法的Id

第三个以后的参数是函数所需的参数（param1,param2,…,paramN）

如果返回值非Void类型，需提供接收返回值变量。

5.2读写变量

上面是调用方法，调用java的变量也类似：

（1）获取java对象的类

jclass cls = env->GetObjectclass(jobject);

（2）获得java类变量的Id

jfiledId fid = env->GetFiledId(cls, "fileName", "I");

第一个参数是java对象对应的类

第二个参数是java类的变量名称

第三个参数是java类的变量类型签名

（3）获取对象变量值

value = env->GetXXXField(env, jobject,fid);

其中XXX是该字段（value）的类型

（4）设置对象变量值

env->SetXXXField(jobject, fid,value);

其中XXX是该字段（value）的类型。

（5）在C中使用持久对象和保持持久对象

C中本身无法保存持久对象，把持久对象保存到一个int类型的变量上，使用的时候再强制转型成对象。

 

参考：

《AndroidJNI学习》

《JAVA中的native关键字》

《JAVA基础之理解JNI原理》

《JNI技术实践小结--原理分析和详细步骤说明》

《在Java中调用C/C++本地库》《在C/C++中调用Java代码》

《Dalvik虚拟机JNI方法的注册过程分析》

《JavaNative Interface Specification—Contents》