JNI由浅入深_4_JNI基础知识详解
发表时间：2020-10-19
发布人：葵宇科技
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Java Native Interface (JNI)标准是java平台的一部分，它许可Java代码和其他说话写的代码进行交互。JNI 是本地编程接口，它使得在 Java 虚拟机 (VM) 内部运行的 Java 代码可以或许与用其它编程说话(如 C、C++ 和汇编说话)编写的应用法度榜样和库进行交互操作。
1.大年夜若何载入.so档案谈起
因为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)来履行。VM在Android平台里，扮演很重要的角色。
此外，在履行Java类的过程中，如不雅Java类须要与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组件能经由过程标准的JNI介面而互相沟通。
应用层的Java类是在虚拟机(VM: Vitual Machine)上履行的，而C件不是在VM上履行，那么Java程式又若何请求VM去载入(Load)所指定的C组件呢? 可应用下述指令：
System.loadLibrary(*.so的档案名);
例如，Android框架里所供给的MediaPlayer.java类，含指令：
public class MediaPlayer{
static {
System.loadLibrary("media_jni");
}
}
这请求VM去载入Android的/system/lib/libmedia_jni.so档案。载入*.so之后，Java类与*.so档檀卷汇合起来，一路履行了。
2.若何撰写*.so的人口函数
---- JNI_OnLoad()与JNI_OnUnload()函数的用处
当Android的VM(Virtual Machine)履行到System.loadLibrary()函数时，起首会去履行C组件里的JNI_OnLoad()函数。它的用处有二：
(1)告诉VM此C组件应用那一个JNI版本。如不雅你的*.so档没有供给JNI_OnLoad()函数，VM会默认该*.so档是应用最老的JNI 1.1版本。因为新版的JNI做了很多扩充，如不雅须要应用JNI的新版功能，例如JNI 1.4的java.nio.ByteBuffer,就必须藉由JNI_OnLoad()函数来告诉VM。
(2)因为VM履行到System.loadLibrary()函数时，就会急速先呼叫JNI_OnLoad()，所以C组件的开辟者可以藉由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，就供给了JNI_OnLoad()函数，其程式码片段为：
//#defineLOG_NDEBUG 0
#define LOG_TAG"MediaPlayer-JNI"
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;
}
assert(env != NULL);
if (register_android_media_MediaPlayer(env) < 0) {
LOGE("ERROR: MediaPlayer native registration failed\n");
goto bail;
}
if (register_android_media_MediaRecorder(env) < 0) {
LOGE("ERROR: MediaRecorder native registration failed\n");
goto bail;
}
if (register_android_media_MediaScanner(env) < 0) {
LOGE("ERROR: MediaScanner native registration failed\n");
goto bail;
}
if (register_android_media_MediaMetadataRetriever(env) < 0) {
LOGE("ERROR: MediaMetadataRetriever native registrationfailed\n");
goto bail;
}
/* success -- return valid version number */
result = JNI_VERSION_1_4;
bail:
return result;
}此函数回传JNI_VERSION_1_4值给VM，于是VM知道了其所应用的JNI版本了。此外，它也做了一些初期的动作(可呼叫任何本地函数)，例如指令：
if(register_android_media_MediaPlayer(env) < 0) {
LOGE("ERROR: MediaPlayer native registration failed\n");
goto bail;
}
就将此组件供给的各个本地函数(NativeFunction)挂号到VM里，以便能加快后续呼叫本地函数的效力。
JNI_OnUnload()函数与JNI_OnLoad()相对应的。在载入C组件时会急速呼叫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()函数来进积德后清除动作。当VM呼叫JNI_OnLoad()或JNI_Unload()函数时，都邑将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，就经由过程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;
}
}因为VM平日是多履行绪(Multi-threading)的履行情况。每一个履行绪在呼叫JNI_OnLoad()时，所传递进来的JNIEnv指标值都是不合的。为了合营这种多履行绪的情况，C组件开辟者在撰写本地函数时，可藉由JNIEnv指标值之不合而避免履行绪的材料冲突问题，才能确保所写的本地函数能安然地在Android的多履行绪VM里安然地履行。基于这个来由，当在呼叫C组件的函数时，都邑将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指标值传递以前。如斯，在register_android_media_MediaPlayer()函数就能藉由该指标值而差别不合的履行绪，以便化解材料冲突的问题。
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履行绪进入此物件，如不雅没有，此履行绪就进入该物件里履行了。还有，也可撰写下述指令：
if ((*env)->MonitorExit(env, obj) != JNI_OK) {
}
查看是否此履行绪正在此物件内履行，如不雅是，此履行绪就会急速分开。
3.registerNativeMethods()函数的用处
应用层级的Java类别经由过程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。如不雅须要持续呼叫很多次，每次都须要寻找一遍，会多花很多时光。此时，组件开辟者可以自行将本地函数向VM进行挂号。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 intregister_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)挂号gMethods[]表格所含的本地函数了。简而言之，registerNativeMethods()函数的用处有二：
(1)更有效力去找到函数。
(2)可在履行时代进行抽换。因为gMethods[]是一个<名称，函数指针>对比表，在法度榜样履行时，可多次呼叫registerNativeMethods()函数来改换本地函数之指针，而达到弹性抽换本地函数之目标。
4.Andoird 中应用了一种不合传统Java JNI的方法来定义其native的函数。
个中很重要的差别是Andorid应用了一种Java 和 C 函数的映射表数组，并在个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;
个中比较难以懂得的是第二个参数，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voidFunc();
"(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"["开端，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[]膳绫擎的都是根本类型。如不雅Java函数的参数是class，则以"L"开首，以";"结尾，中心是用"/" 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
如不雅JAVA函数位于一个嵌仁攀类，则用$作为类名间的分隔符。
例如"(Ljava/lang/String;Landroid/os/FileUtils$FileStatus;)Z"。
5、JNI中常用的办法汇总
打开android-ndk-r9d\platforms\android-18\arch-arm\usr\include目次下的jni.h文件，在这个文件琅绫擎就可以看到很多的办法供我们调用，细心发明这些办法其实都有一个合营点，只要会应用个中的一个办法，那么类似的办法也就可以达到触类旁通的效不雅。下面重要介绍办法的用处，对于具体的办法大年夜家可以查看相干文档。
5.1 类型对应的字母
下面的构造体表示了数据类型所对应的字母，就是膳绫擎的 "(II)V" 表示 void Func(int, int);
typedef union jvalue {
jboolean z;
jbyte b;
jchar c;
jshort s;
jint i;
jlong j;
jfloat f;
jdouble d;
jobject l;
} jvalue;
5.2 以New开辟的办法
以new开辟的办法一般都是创建一个对象或者数组等。
//创建一个jobject对象，jmethodID是办法id，可以找到该对象的构造函数
jobject (*NewObject)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, ...);
//创建一个jstring对象
jstring (*NewString)(JNIEnv*, const jchar*, jsize);
jstring (*NewStringUTF)(JNIEnv*, const char*);
//下面都是创建一个数组，jsize类型是JNI供给的，它最终的类型照样jint
jobjectArray (*NewObjectArray)(JNIEnv*, jsize, jclass, jobject);
jbooleanArray (*NewBooleanArray)(JNIEnv*, jsize);
jbyteArray (*NewByteArray)(JNIEnv*, jsize);
jcharArray (*NewCharArray)(JNIEnv*, jsize);
jshortArray (*NewShortArray)(JNIEnv*, jsize);
jintArray (*NewIntArray)(JNIEnv*, jsize);
jlongArray (*NewLongArray)(JNIEnv*, jsize);
jfloatArray (*NewFloatArray)(JNIEnv*, jsize);
jdoubleArray (*NewDoubleArray)(JNIEnv*, jsize);
5.3 以Get或Set开端的办法
get开端的办法是获取对象的值，set开辟的办法是给对象设置值。
//获取obj对象的字段名称为fieldName，字段类型为fieldType的字段ID。比如(*env)->GetFieldID(env, personClass, "name","Ljava/lang/String;")。
jfieldID (*GetFieldID)(JNIEnv*, jclass obj, const char* fieldName, const char* fieldType);
//获取obj对象字段ID为fieldId的值
jobject (*GetObjectField)(JNIEnv*, jobject obj, jfieldID fieldId);
jboolean (*GetBooleanField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID);
jbyte (*GetByteField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID);
jchar (*GetCharField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID);
jshort (*GetShortField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID);
jint (*GetIntField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID);
jlong (*GetLongField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID);
jfloat (*GetFloatField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID) __NDK_FPABI__;
jdouble (*GetDoubleField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID) __NDK_FPABI__;
//给obj对象字段ID为fieldId的属性设值，比如(*env)->SetObjectField(env, mPerson, field_name, (*env)->NewStringUTF(env,"val native"));
void (*SetObjectField)(JNIEnv*, jobject obj, jfieldID fieldId, jobject val);
void (*SetBooleanField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID, jboolean);
void (*SetByteField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID, jbyte);
void (*SetCharField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID, jchar);
void (*SetShortField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID, jshort);
void (*SetIntField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID, jint);
void (*SetLongField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID, jlong);
void (*SetFloatField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID, jfloat) __NDK_FPABI__;
void (*SetDoubleField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID, jdouble) __NDK_FPABI__;
//下面静态属性。
jobject (*GetStaticObjectField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID);
jboolean (*GetStaticBooleanField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID);
jbyte (*GetStaticByteField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID);
jchar (*GetStaticCharField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID);
jshort (*GetStaticShortField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID);
jint (*GetStaticIntField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID);
jlong (*GetStaticLongField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID);
jfloat (*GetStaticFloatField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID) __NDK_FPABI__;
jdouble (*GetStaticDoubleField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID) __NDK_FPABI__;
void (*SetStaticObjectField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID, jobject);
void (*SetStaticBooleanField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID, jboolean);
void (*SetStaticByteField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID, jbyte);
void (*SetStaticCharField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID, jchar);
void (*SetStaticShortField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID, jshort);
void (*SetStaticIntField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID, jint);
void (*SetStaticLongField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID, jlong);
void (*SetStaticFloatField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID, jfloat) __NDK_FPABI__;
void (*SetStaticDoubleField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID, jdouble) __NDK_FPABI__;
//获取数组长度
jboolean* (*GetBooleanArrayElements)(JNIEnv*, jbooleanArray, jboolean*);
jbyte* (*GetByteArrayElements)(JNIEnv*, jbyteArray, jboolean*);
jchar* (*GetCharArrayElements)(JNIEnv*, jcharArray, jboolean*);
jshort* (*GetShortArrayElements)(JNIEnv*, jshortArray, jboolean*);
jint* (*GetIntArrayElements)(JNIEnv*, jintArray, jboolean*);
jlong* (*GetLongArrayElements)(JNIEnv*, jlongArray, jboolean*);
jfloat* (*GetFloatArrayElements)(JNIEnv*, jfloatArray, jboolean*);
jdouble* (*GetDoubleArrayElements)(JNIEnv*, jdoubleArray, jboolean*);
//获取办法ID
jmethodID (*GetStaticMethodID)(JNIEnv*, jclass, const char*, const char*);
5.4 call开端的办法
以call开端的办法重要用于c调用Java的办法，常用于回调函数。
jobject (*CallObjectMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...);
jobject (*CallObjectMethodV)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, va_list);
jobject (*CallObjectMethodA)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, jvalue*);
jboolean (*CallBooleanMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...);
jboolean (*CallBooleanMethodV)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, va_list);
jboolean (*CallBooleanMethodA)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, jvalue*);
jbyte (*CallByteMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...);
jbyte (*CallByteMethodV)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, va_list);
jbyte (*CallByteMethodA)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, jvalue*);
jchar (*CallCharMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...);
jchar (*CallCharMethodV)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, va_list);
jchar (*CallCharMethodA)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, jvalue*);
jshort (*CallShortMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...);
jshort (*CallShortMethodV)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, va_list);
jshort (*CallShortMethodA)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, jvalue*);
jint (*CallIntMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...);
jint (*CallIntMethodV)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, va_list);
jint (*CallIntMethodA)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, jvalue*);
jlong (*CallLongMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...);
jlong (*CallLongMethodV)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, va_list);
jlong (*CallLongMethodA)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, jvalue*);
jfloat (*CallFloatMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...) __NDK_FPABI__;
jfloat (*CallFloatMethodV)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, va_list) __NDK_FPABI__;
jfloat (*CallFloatMethodA)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, jvalue*) __NDK_FPABI__;
jdouble (*CallDoubleMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...) __NDK_FPABI__;
jdouble (*CallDoubleMethodV)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, va_list) __NDK_FPABI__;
jdouble (*CallDoubleMethodA)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, jvalue*) __NDK_FPABI__;
void (*CallVoidMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...);
void (*CallVoidMethodV)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, va_list);
void (*CallVoidMethodA)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, jvalue*);
jobject (*CallStaticObjectMethod)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, ...);
jobject (*CallStaticObjectMethodV)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, va_list);
jobject (*CallStaticObjectMethodA)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, jvalue*);
jboolean (*CallStaticBooleanMethod)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, ...);
jboolean (*CallStaticBooleanMethodV)(JNIEnv*, jclass, jmethodID,
5.5 release开端的办法
用于释放资本。
void ReleaseBooleanArrayElements(jbooleanArray array, jboolean* elems,
jint mode)
{ functions->ReleaseBooleanArrayElements(this, array, elems, mode); }
void ReleaseByteArrayElements(jbyteArray array, jbyte* elems,
jint mode)
{ functions->ReleaseByteArrayElements(this, array, elems, mode); }
void ReleaseCharArrayElements(jcharArray array, jchar* elems,
jint mode)
{ functions->ReleaseCharArrayElements(this, array, elems, mode); }
void ReleaseShortArrayElements(jshortArray array, jshort* elems,
jint mode)
{ functions->ReleaseShortArrayElements(this, array, elems, mode); }
void ReleaseIntArrayElements(jintArray array, jint* elems,
jint mode)
{ functions->ReleaseIntArrayElements(this, array, elems, mode); }
void ReleaseLongArrayElements(jlongArray array, jlong* elems,
jint mode)
{ functions->ReleaseLongArrayElements(this, array, elems, mode); }
void ReleaseFloatArrayElements(jfloatArray array, jfloat* elems,
jint mode)
