Android JNI知识

最近在使用展讯7731芯片来做一个物联网领域（自行车）行业产品，该产品集成了多种传感器、指纹识别、轨迹追踪、报警等诸项功能。由于这些特殊功能android平台有的内部原本并不支持，因此需要增加特殊的JNI接口以便上层APP可以调用。这段时间阅读了一些关于JNI的知识，收益颇深。下面的文字，摘自CSDN大牛任玉刚的博客。

一. java jni知识

Java jni本意是Java native interface（Java本地接口），是为了方便Java调用c、c++等本地代码所封

装的一层接口。大家都知道，Java的优点是跨平台，但是作为优点的同时，其在本地交互的时候就变成了缺点。

Java的跨平台特性导致其本地交互的能力不够强大，一些和操作系统相关的特性Java无法完成，于是Java提供了

jni专门用于和本地代码交互，这样就增强了Java语言的本地交互能力。

通过Java jni，用户可以调用用c、c++所编写的native code。在html5视频的开发中就采用了jni，

android只用于ui的显示，其业务逻辑都是通过native code所完成的，android代码只是负责通过jni和native进

行交互。

通过Java jni来调用native code，需要如下几个步骤：

1.声明native接口函数，语法如下：public native static void set(int i);

其中native是Java的关键字，被native修饰的函数都是本地函数的接口，其具体功能要被native code来

实现。
//testdll.java
public class testdll
{
static
{
System.loadLibrary("my");
}
public native static int get();
public native static void set(int i);
public static void main(String[] args)
{
testdll test = new testdll();
test.set(3721);
System.out.println(test.get());
}
}

2.用javah命令导出Java jni中定义的本地方法的声明，这个是.h格式的头文件
首先用javac编译出class文件，然后在用javah导出头文件，我们发现导出的头文件，其函数声明发生了

变化，其中jint是jni定义的用来和c/c++交互的数据类型，可以当作int来用。

//testdll.h
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class testdll */

#ifndef _Included_testdll
#define _Included_testdll
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     testdll
 * Method:    get
 * Signature: ()I
 */
JNIEXPORT jint JNICALL Java_testdll_get
  (JNIEnv *, jclass);

/*
 * Class:     testdll
 * Method:    set
 * Signature: (I)V
 */
JNIEXPORT void JNICALL Java_testdll_set
  (JNIEnv *, jclass, jint);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
3. 实现Java jni中定义的native methods
有了头文件以后，就可以用本地函数去实现头文件中声明的native函数了，通常用c和c++来实现native

函数。
//my.c
#include "jni.h"
#include "testdll.h"
#include<stdio.h>

static int i;

JNIEXPORT jint JNICALL Java_testdll_get(JNIEnv *a, jclass b)
{
return i;
}

JNIEXPORT void JNICALL Java_testdll_set(JNIEnv *a, jclass b, jint j)
{
FILE *f;
f=fopen("my.txt","a+");
fwrite("嘿嘿你好啊xixi",1,14,f);
fclose(f);
i = j;
}

4.将native code编译成shared library供Java调用，针对Linux来说 就是.so文件，针对Windows来说就是.dll文

件。

二. Android Jni 进一步介绍

Java Native Interface (JNI)标准是java平台的一部分，它允许Java代码和其他语言写的代码进行交互。JNI 是本地编程接口，它使得在 Java 虚拟机 (VM) 内部运行的 Java 代码能够与用其它编程语言(如 C、C++ 和汇编语言)编写的应用程序和库进行交互操作。
1.从如何载入.so档案谈起
    由于Android的应用层的类都是以Java写的，这些Java类编译为Dex型式的Bytecode之后，必须靠Dalvik虚拟机(VM: Virtual Machine)来执行。VM在Android平台里，扮演很重要的角色。
    此外，在执行Java类的过程中，如果Java类需要与C组件沟通时，VM就会去载入C组件，然后让Java的函数顺利地调用到C组件的函数。此时，VM扮演着桥梁的角色，让Java与C组件能通过标准的JNI介面而相互沟通。
    应用层的Java类是在虚拟机(VM: Vitual Machine)上执行的，而C件不是在VM上执行，那么Java程式又如何要求VM去载入(Load)所指定的C组件呢? 可使用下述指令：
     System.loadLibrary(*.so的档案名);
    例如，Android框架里所提供的MediaPlayer.java类，含指令：
     public class MediaPlayer{            static {                   System.loadLibrary("media_jni");              }     }
     这要求VM去载入Android的/system/lib/libmedia_jni.so档案。载入*.so之后，Java类与*.so档案就汇合起来，一起执行了。
2.如何撰写*.so的入口函数
    ---- JNI_OnLoad()与JNI_OnUnload()函数的用途
 当Android的VM(Virtual Machine)执行到System.loadLibrary()函数时，首先会去执行C组件里的JNI_OnLoad()函数。它的用途有二：
(1)告诉VM此C组件使用那一个JNI版本。如果你的*.so档没有提供JNI_OnLoad()函数，VM会默认该*.so档是使用最老的JNI 1.1版本。由于新版的JNI做了许多扩充，如果需要使用JNI的新版功能，例如JNI 1.4的java.nio.ByteBuffer,就必须藉由JNI_OnLoad()函数来告知VM。
(2)由于VM执行到System.loadLibrary()函数时，就会立即先呼叫JNI_OnLoad()，所以C组件的开发者可以藉由JNI_OnLoad()来进行C组件内的初期值之设定(Initialization) 。
例如，在Android的/system/lib/libmedia_jni.so档案里，就提供了JNI_OnLoad()函数。
JNI_OnUnload()函数与JNI_OnLoad()相对应的。在载入C组件时会立即呼叫JNI_OnLoad()来进行组件内的初期动作；而当VM释放该C组件时，则会呼叫JNI_OnUnload()函数来进行善后清除动作。当VM呼叫JNI_OnLoad()或JNI_Unload()函数时，都会将VM的指针(Pointer)传递给它们，其参数如下：
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved) {     }

jint JNI_OnUnload(JavaVM* vm, void* reserved){     }
在JNI_OnLoad()函数里，就透过VM之指标而取得JNIEnv之指标值，并存入env指标变数里，如下述指令：
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved){     JNIEnv* env = NULL;     jint result = -1;    if (vm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {          LOGE("ERROR: GetEnv failed\n");          goto bail;    }}
由于VM通常是多执行绪(Multi-threading)的执行环境。每一个执行绪在呼叫JNI_OnLoad()时，所传递进来的JNIEnv指标值都是不同的。为了配合这种多执行绪的环境，C组件开发者在撰写本地函数时，可藉由JNIEnv指标值之不同而避免执行绪的资料冲突问题，才能确保所写的本地函数能安全地在Android的多执行绪VM里安全地执行。基于这个理由，当在呼叫C组件的函数时，都会将JNIEnv指标值传递给它，如下：

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved){JNIEnv* env = NULL;    if (register_android_media_MediaPlayer(env) < 0) {   }}
这JNI_OnLoad()呼叫register_android_media_MediaPlayer(env)函数时，就将env指标值传递过去。如此，在register_android_media_MediaPlayer()函数就能藉由该指标值而区别不同的执行绪，以便化解资料冲突的问题。

　例如，在register_android_media_MediaPlayer()函数里，可撰写下述指令：
       if ((*env)->MonitorEnter(env, obj) != JNI_OK) {

       }
查看是否已经有其他执行绪进入此物件，如果没有，此执行绪就进入该物件里执行了。还有，也可撰写下述指令：
       if ((*env)->MonitorExit(env, obj) != JNI_OK) {

        }
查看是否此执行绪正在此物件内执行，如果是，此执行绪就会立即离开。

3.registerNativeMethods()函数的用途
应用层级的Java类别透过VM而呼叫到本地函数。一般是仰赖VM去寻找*.so里的本地函数。如果需要连续呼叫很多次，每次都需要寻找一遍，会多花许多时间。此时，组件开发者可以自行将本地函数向VM进行登记。例如，在Android的/system/lib/libmedia_jni.so档案里的代码段如下：
//#define LOG_NDEBUG 0#define LOG_TAG "MediaPlayer-JNI"static JNINativeMethod gMethods[] = {    {"setDataSource",   "(Ljava/lang/String;)V",     (void *)android_media_MediaPlayer_setDataSource},    {"setDataSource",    "(Ljava/io/FileDescriptor;JJ)V",(void *)android_media_MediaPlayer_setDataSourceFD},    {"prepare",   "()V",     (void *)android_media_MediaPlayer_prepare},    {"prepareAsync",   "()V",   (void *)android_media_MediaPlayer_prepareAsync},    {"_start",   "()V",   (void *)android_media_MediaPlayer_start},    {"_stop",   "()V",    (void *)android_media_MediaPlayer_stop},    {"getVideoWidth",   "()I",      (void *)android_media_MediaPlayer_getVideoWidth},    {"getVideoHeight",   "()I",      (void *)android_media_MediaPlayer_getVideoHeight},    {"seekTo",          "(I)V",      (void *)android_media_MediaPlayer_seekTo},    {"_pause",          "()V",       (void *)android_media_MediaPlayer_pause},    {"isPlaying",        "()Z",       (void *)android_media_MediaPlayer_isPlaying},    {"getCurrentPosition", "()I",  (void *)android_media_MediaPlayer_getCurrentPosition},    {"getDuration",      "()I",     (void *)android_media_MediaPlayer_getDuration},    {"_release",         "()V",      (void *)android_media_MediaPlayer_release},    {"_reset",           "()V",        (void *)android_media_MediaPlayer_reset},    {"setAudioStreamType","(I)V", (void *)android_media_MediaPlayer_setAudioStreamType},    {"setLooping",      "(Z)V",      (void *)android_media_MediaPlayer_setLooping},    {"setVolume",      "(FF)V",     (void *)android_media_MediaPlayer_setVolume},    {"getFrameAt",     "(I)Landroid/graphics/Bitmap;",         (void *)android_media_MediaPlayer_getFrameAt},    {"native_setup",    "(Ljava/lang/Object;)V",           (void *)android_media_MediaPlayer_native_setup},    {"native_finalize",     "()V",    (void *)android_media_MediaPlayer_native_finalize},};static int register_android_media_MediaPlayer(JNIEnv *env){    return AndroidRuntime::registerNativeMethods(env,                "android/media/MediaPlayer", gMethods, NELEM(gMethods));}jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved){    if (register_android_media_MediaPlayer(env) < 0) {        LOGE("ERROR: MediaPlayer native registration failed\n");        goto bail;    }}

当VM载入libmedia_jni.so档案时，就呼叫JNI_OnLoad()函数。接着，JNI_OnLoad()呼叫register_android_media_MediaPlayer()函数。此时，就呼叫到AndroidRuntime::registerNativeMethods()函数，向VM(即AndroidRuntime)登记gMethods[]表格所含的本地函数了。简而言之，registerNativeMethods()函数的用途有二：
(1)更有效率去找到函数。
(2)可在执行期间进行抽换。由于gMethods[]是一个<名称，函数指针>对照表，在程序执行时，可多次呼叫registerNativeMethods()函数来更换本地函数之指针，而达到弹性抽换本地函数之目的。
4.Andoird 中使用了一种不同传统Java JNI的方式来定义其native的函数。其中很重要的区别是Andorid使用了一种Java 和 C 函数的映射表数组，并在其中描述了函数的参数和返回值。这个数组的类型是JNINativeMethod，定义如下：
typedef struct {const char* name;            /*Java中函数的名字*/         const char* signature;      /*描述了函数的参数和返回值*/void* fnPtr;               /*函数指针，指向C函数*/} JNINativeMethod;
其中比较难以理解的是第二个参数，例如
"()V"
"(II)V"
"(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)V"

实际上这些字符是与函数的参数类型一一对应的。
"()" 中的字符表示参数，后面的则代表返回值。例如"()V" 就表示void Func();
"(II)V" 表示 void Func(int, int);
具体的每一个字符的对应关系如下
字符   Java类型     C类型
V      void         void
Z      jboolean     boolean
I       jint         int
J       jlong        long
D      jdouble       double
F      jfloat            float
B      jbyte            byte
C      jchar           char
S      jshort          short

数组则以"["开始，用两个字符表示
[I     jintArray       int[]
[F     jfloatArray     float[]
[B     jbyteArray     byte[]
[C    jcharArray      char[]
[S    jshortArray      short[]
[D    jdoubleArray    double[]
[J     jlongArray      long[]
[Z    jbooleanArray    boolean[]
上面的都是基本类型。如果Java函数的参数是class，则以"L"开头，以";"结尾，中间是用"/" 隔开的包及类名。而其对应的C函数名的参数则为jobject. 一个例外是String类，其对应的类为jstring
Ljava/lang/String; String jstring
Ljava/net/Socket; Socket jobject
如果JAVA函数位于一个嵌入类，则用$作为类名间的分隔符。
例如 "(Ljava/lang/String;Landroid/os/FileUtils$FileStatus;)Z"

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