JNI 编程是高级/专家 Android 开发的必备技能之一,接下来我们就一步一步掌握 JNI 编程的方方面面。
1. 基本概念
JNI(Java Native Interface,JAVA 原生接口)。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互操作。通俗一点讲就是在 Java 代码里调用 C/C++ 等语言的代码或 C/C++ 代码调用 Java 代码。
JNI 技术在 Android 领域有大量的应用:
- Java 程序可以通过 JNI 操作硬件
- 音视频处理,数学运算,实时渲染等领域相关的库基本都使用 C/C++ 编写,我们可以使用 JNI 技术来调用这些库,而不用使用 Java 来重写
- 相比 C/C++,Java 更容易被反编译,一些和安全相关的代码,我们可以使用 C/C++ 来编写,然后使用 JNI 技术调用
JNI 技术的应用当然不止以上列举的例子,更多的应用方式等待大家的进一步探索。
2. HelloWorld 实战
接下来我们通过一个简单的示例程序,快速地掌握 JNI 的基本使用。
首先编译一个 Java 文件: HelloJNI.java
public class HelloJNI {
static {
System.loadLibrary("hello");
}
private native jstring sayHello();
public static void main(String[] args) {
new HelloJNI().sayHello();
}
}
接着生成 C/C++ 头文件 HelloJNI.h
javac -h . HelloJNI.java
该命令会生成一个 HelloJNI.h,这个头文件描述了我们需要实现的函数。
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class HelloJNI */
#ifndef _Included_HelloJNI
#define _Included_HelloJNI
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* Class: HelloJNI
* Method: sayHello
* Signature: ()V
*/
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_HelloJNI_sayHello(JNIEnv *, jobject);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
- 生成的函数中有两个参数:
- JNIEnv:JNIEnv 内部提供了很多函数,方便我们进行 JNI 编程。 C 代码中,JNIEnv 是指向 JNINativeInterface 结构的指针,为了访问任何一个 JNI 函数,该指针需要首先被解引用。因为 C 代码中的 JNI 函数不了解当前的 JNI 环境, JNIEnv 实例应该作为第一个参数传递给每一个 JNI 函数调用调用者,调用格式如下:
(*env)->NewStringUTF(env,"Hello from JNI !");
在 C++ 代码中,JNIEnv 实际上是 C++ 类实例,JNI 函数以成员函数的形式存在,因此 JNI 函数调用不要求 JNIEnv 实例作参数。在 C++ 中,完成同样功能的调用代码格式如下:env->NewstringUTF ( "Hello from JNI ! ");
- jobject: 指向 “this” 的 Java 对象
- 如果 java 中的 native 函数是 static 的,那第二个参数是 jclass,代表了 java 中的 Class 类。
- extern “C” 告诉 C++ 编译器以 C 的方式来编译这个函数,以方便其他 C 程序链接和访问该函数。C 和 C++ 有着不同的命名协议,因为 C++ 支持函数重载,用了不同的命名协议来处理重载的函数。在 C 中函数是通过函数名来识别的,而在 C++ 中,由于存在函数的重载问题,函数的识别方式通过函数名,函数的返回类型,函数参数列表三者组合来完成的。因此两个相同的函数,经过C,C++编绎后会产生完全不同的名字。所以,如果把一个用 C 编绎器编绎的目标代码和一个用 C++ 编绎器编绎的目标代码进行链接,就会出现链接失败的错误。
- JNIEXPORT、JNICALL 两个宏在 linux 平台的定义如下:
//该声明的作用是保证在本动态库中声明的方法 , 能够在其他项目中可以被调用
#define JNIEXPORT __attribute__ ((visibility ("default")))
//一个空定义
#define JNICALL
接着我们来实现具体的 C 程序 HelloJNI.c
#include "HelloJNI.h"
#include <stdio.h>
#include <jni.h>
//方法名要和 Java 层包名对应上
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_HelloJNI_sayHello(JNIEnv *env, jobject obj)
{
return (*env)->NewStringUTF(env,"Hello from JNI !");
}
编译和执行(需要配置好 JAVA_HOME 环境变量):
gcc -fpic -I"$JAVA_HOME/include" -I"$JAVA_HOME/include/linux" -shared -o libhello.so HelloJNI.c
java -Djava.library.path=. HelloJNI
至此,一个简单的 demo 就完成了。
3. 动态注册
以上使用 JNI 的方式称为静态注册,还有一种方式叫动态注册,我们接下来看个动态注册的例子吧
java层:
com/example/ndk/NativeTest.java
package com.example.ndk;
public class NativeTest {
static {
System.loadLibrary("nativetest");
}
public native void init();
public native void init(int age);
public native boolean init(String name);
public native void update();
}
C 层的实现主要有三步:
- 实现 java 层本地方法
- 构建一个 JNINativeMethod 类型的数组
- 注册本地函数
NativeTest.c :
#include <jni.h>
#include <stdio.h>
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
//1 实现 java 层本地方法
JNIEXPORT void JNICALL
c_init1(JNIEnv *env, jobject thiz) {
printf("c_init1\n");
}
JNIEXPORT void JNICALL
c_init2(JNIEnv *env, jobject thiz, jint age) {
printf("c_init2\n");
}
JNIEXPORT jboolean JNICALL
c_init3(JNIEnv *env, jobject thiz, jstring name) {
printf("c_init3\n");
}
JNIEXPORT void JNICALL
c_update(JNIEnv *env, jobject thiz) {
printf("c_update\n");
}
#ifdef __cplusplus
}
#endif
// typedef struct {
// //Java层native方法名称
// const char* name;
// //方法签名
// const char* signature;
// //native层方法指针
// void* fnPtr;
// } JNINativeMethod;
//2 构建 JNINativeMethod 数组
//中间的方法签名看上去有点怪异,后面我们来讲它的命名规则
static JNINativeMethod methods[] = {
{"init", "()V", (void *)c_init1},
{"init", "(I)V", (void *)c_init2},
{"init", "(Ljava/lang/String;)Z", (void *)c_init3},
{"update", "()V", (void *)c_update},
};
/**
* 3 完成动态注册的入口函数
* 其内容基本固定
*/
JNIEXPORT jint JNICALL
JNI_OnLoad(JavaVM *vm, void *reserved) {
JNIEnv *env = NULL;
jint result = -1;
// 获取JNI env变量
if (vm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_6) != JNI_OK) {
// 失败返回-1
return result;
}
// 获取native方法所在类
const char* className = "com/example/ndk/NativeTest";
jclass clazz = env->FindClass(className);
if (clazz == NULL) {
return result;
}
// 动态注册native方法
if (env->RegisterNatives(clazz, methods, sizeof(methods) / sizeof(methods[0])) < 0) {
return result;
}
// 返回成功
result = JNI_VERSION_1_6;
return result;
}
JNINativeMethod 第二个成员变量是方法签名,它的组成规则为:
(参数类型标识1参数类型标识2…参数类型标识n)返回值类型标识
其中的类型标识如下图所示:
类型标识 | Java数据类型 |
---|---|
Z | boolean |
B | byte |
C | char |
S | short |
I | int |
J | long |
F | float |
D | double |
L包名/类名; | 各种引用类型 |
V | void |
编译和执行:
cd com/example/ndk
javac NativeTest.java
#回到项目根目录
cd -
g++ -fpic -I"$JAVA_HOME/include" -I"$JAVA_HOME/include/linux" -shared -o libnativetest.so NativeTest.c
java -Djava.library.path=. com.example.ndk.NativeTest
参考资料
- JNI/NDK入门指南之正确姿势了解JNI和NDK
- JNI 简明教程之手把手教你入门
- cross-compiling-for-android-with-the-ndk
- Android 官方cmake文档
- JNI/NDK开发指南
- 关于 C++ 中的 extern “C”
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