Android - 深入理解 JNI

雨点打透心脏的1/2处 2021-09-12 08:16 407阅读 0赞

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JNI : Java Native Interface 即JAVA本地调用，为何需要这种技术呢？原因有二：  
1、运行JAVA程序的虚拟机是用Native语言编写的，而虚拟机运行在具体的平台上，所以虚拟机本身无法做到平台无关，而利用JNI技术即可对JAVA层屏蔽不同操作系统平台之间的差异，如file，socket等  
2、在JAVA语言诞生前，很多程序使用Native语言编写，JAVA直接利用JNI使用，避免造重复轮子的坏名声。而且JNI的运行效率和速度会更高  
  
  
第一大部分： JAVA如何调用Native函数  
  
  
通过MediaScanner进行完整解释其工作原理：  
  
  
调用层次关系，图示：  
  
![Android - 深入理解 JNI][Android - _ JNI]  
  
  
JAVA层代码分析：MediaScanner.java  
public class MediaScanner  
\{  
    static \{  //static 语句，前面的 JAVA学习系列（一） 有说明过这个问题  
    //加载对应用JNI库，linux上即调用libmedai\_jni.so，而windows平台上调用libmedia\_jni.dll  
        System.loadLibrary("media\_jni");  
        native\_init(); //调用native函数  
    \}  
  
  
//非native函数  
public void scanDirectories(String\[\] directories, String volumeName)   
  
  
//声明native函数，native为JAVA语言的关键字  
private static native final void native\_init();  
    private native final void native\_setup();  
    private native final void native\_finalize();  
    private native void processDirectory(String path, String extensions, MediaScannerClient client);  
\}  
总结： 一个是加载jni动态库，二是声明java的native函数  
  
  
JNI层 android\_media\_MediaScanner.cpp 分析：  
  
  
首先来找下java层的native\_init函数对应jni层的函数？  
首先native\_init函数位于android.media包中，它的全路径：android.media.MediaScanner.native\_init，由于  
在native语言中，"."有特殊的意义，所以用"\_"来替换：即上面路径这为：android\_media\_MediaScanner\_native\_init  
ok,函数名就如此关联起来了。而JNI函数注册有两种方式：  
1、静态注册方法  
a、编写java代码，然后编译生成.class文件  
b、使用javah -o output packagename.classname生成jni层头文件  
调用时先加载动态库，然后查找native\_init函数的jni函数：android\_media\_MediaScanner\_native\_init  
如果找到则建立这两个函数的关联关系，即保存jni层函数的函数指针，这个由虚拟机完成。  
缺点：javah生成的函数名特别长，不利于书写，且第一次调用时需要根据函数名字搜索建立关联关系。  
  
2、动态注册方法  
   利用JNINativeMethod结构保存其关系  
   typedef struct   
   \{  
   //JAVA中native函数名字  
   const char \*name;  
   //签名信息，用字符串表示，参数类型及返回值类型的组合  
   const char \*signature;  
   ///JNI层函数函数指针，转换为void\*类型  
   void \*fnPtr;  
   \};  
     
static JNINativeMethod gMethods\[\] = \{  
    \{"processDirectory",  "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;Landroid/media/MediaScannerClient;)V",      
                                                        (void \*)android\_media\_MediaScanner\_processDirectory\},  
    \{"processFile",       "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;Landroid/media/MediaScannerClient;)V",      
                                                        (void \*)android\_media\_MediaScanner\_processFile\},  
    \{"setLocale",         "(Ljava/lang/String;)V",      (void \*)android\_media\_MediaScanner\_setLocale\},  
    \{"extractAlbumArt",   "(Ljava/io/FileDescriptor;)\[B",     (void \*)android\_media\_MediaScanner\_extractAlbumArt\},  
    \{"native\_init",        "()V",                      (void \*)android\_media\_MediaScanner\_native\_init\},  
    \{"native\_setup",        "()V",                      (void \*)android\_media\_MediaScanner\_native\_setup\},  
    \{"native\_finalize",     "()V",                      (void \*)android\_media\_MediaScanner\_native\_finalize\},  
\};  
  
  
这里说明一下签名信息：  
因为JAVA支持函数重载，可以定义同名但不同参数的函数，但直接根据函数名是没法找到具体函数的，因此利用参数类型及返回类型  
组成签名信息。  
  
  
常用类型标识符：  
类型标识   JAVA类型    字长  
  Z        boolean      8位  
  B        byte         8位  
  C        char         16位 -- 注意哟  
  S        short        16位  
  I        int          32位  
  J        long         64位  
  F        float        32位  
  D        double       64位  
  L/java/languageString  String  
  \[I       int\[\]        int数组  
  \[L/java/lang/object    Object\[\] 对象数组  
  
  
// This function only registers the native methods, and is called from  
// JNI\_OnLoad in android\_media\_MediaPlayer.cpp  
int register\_android\_media\_MediaScanner(JNIEnv \*env)  
\{  
//利用registerNativeMethods注册JNI函数  
    return AndroidRuntime::registerNativeMethods(env,  
                "android/media/MediaScanner", gMethods, NELEM(gMethods));  
\}  
  
  
// 加载jni库，查找该库中的JNI\_OnLoad函数完成动态注册工作  
jint JNI\_OnLoad(JavaVM\* vm, void\* reserved)  
\{  
...  
if (register\_android\_media\_MediaScanner(env) < 0) \{  
        LOGE("ERROR: MediaScanner native registration failed\\n");  
        goto bail;  
    \}  
\}  
  
  
static void  
android\_media\_MediaScanner\_processDirectory(JNIEnv \*env, jobject thiz, jstring path, jstring extensions, jobject client)  
\{  
    MyMediaScannerClient myClient(env, client);  
    mp->processDirectory(pathStr, extensionsStr, myClient, ExceptionCheck, env);  
...  
\}  
  
  
NATIVE库实现：MediaScanner.cpp （编译成libmedia.so库）  
status\_t MediaScanner::processDirectory(  
        const char \*path, const char \*extensions,  
        MediaScannerClient &client,  
        ExceptionCheck exceptionCheck, void \*exceptionEnv) \{  
   ...  
    client.setLocale(locale());  
  
  
    status\_t result =  
        doProcessDirectory(  
                pathBuffer, pathRemaining, extensions, client,  
                exceptionCheck, exceptionEnv);  
  
  
    free(pathBuffer);  
    ...  
\}  
如此整个流程调用逻辑就讲完了。  
  
  
第二大部分：JNIEnv 介绍  
  
  
JNIEnv 是一个与线程相关的变量，由于线程相关，所以线程B中不能使用线程A中的JNIEnv函数。  
那个多个线程由谁来保存并保证每个线程的JNIEnv结构体正确呢？  
![Android - 深入理解 JNI][Android - _ JNI 1]  
  
jint JNI\_OnLoad(JavaVM\* vm, void\* reserved)  
全进程只有一个JavaVM对象，可以保存并在任何地方使用没有问题，独此一份。  
利用JavaVM中的 AttachCurrentThread函数，就可以得到这个线程的 JNIEnv结构体，利用用DetachCurrnetThread释放相应资源  
  
  
a、通过 JNIEnv 操作 jobject  
  
  
jfieldID   操作成员变量  
jmethodID  操作成员函数  
  
  
/\*  
 \* Get a field ID (instance fields).  
 \*/  
static jfieldID GetFieldID(JNIEnv\* env, jclass jclazz,  
    const char\* name, const char\* sig)  
  
  
/\*  
 \* Get a method ID for an instance method.  
 \*  
 \* JNI defines as an instance method, but Dalvik considers it a  
 \* "direct" method, so we have to special-case it here.  
 \*  
 \* Dalvik also puts all private methods into the "direct" list, so we  
 \* really need to just search both lists.  
 \*/  
static jmethodID GetMethodID(JNIEnv\* env, jclass jclazz, const char\* name,  
    const char\* sig)  
      
具体实现参考：dalvik\\vm\\jni.c的实现：重要的函数还有 JNI\_CreateJavaVM ［Create a new VM instance］  
  
  
举例说明JNI如何调用JAVA层函数：  
JNIEnv \*mEnv;  
jmethodID mScanFileMethodID;   
jmethodID mHandleStringTagMethodID;   
  
  
MyMediaScannerClient(JNIEnv \*env, jobject client)  
    :   mEnv(env),  
        mClient(env->NewGlobalRef(client)),  
        mScanFileMethodID(0),  
        mHandleStringTagMethodID(0),  
        mSetMimeTypeMethodID(0)  
\{  
...  
  
// 找到 android.media.MediaScannerClient类在JNI层对应用用jclass实例  
jclass mediaScannerClientInterface = env->FindClass("android/media/MediaScannerClient");  
  
//依此取出 MediaScannerClient 类中的函数 scanFile/handleStringTag 的 jMethodID  
   mScanFileMethodID = env->GetMethodID(mediaScannerClientInterface, "scanFile",  
                                             "(Ljava/lang/String;JJ)V");  
    mHandleStringTagMethodID = env->GetMethodID(mediaScannerClientInterface, "handleStringTag",  
                                             "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)V");  
  
  
\}  
  
  
// returns true if it succeeded, false if an exception occured in the Java code  
virtual bool scanFile(const char\* path, long long lastModified, long long fileSize)  
\{  
// 调用JNIEnv的CallVoidMethod函数：  
// 第一个参数代表 MediaScannerClient 的 jobject 对象，第二个参数代表 scanFile的 jMethodID  
// 后面的是JAVA层 ScanFile 函数参数   
    mEnv->CallVoidMethod(mClient, mScanFileMethodID, pathStr, lastModified, fileSize);  
\}  
  
  
实现上JNIEnv提供了一系列类似的函数调用JAVA函数：  
  
  
NativeType CallMethod(JNIEnv \*env, jobject obj,jmethodID methodID,...)  
  
  
同时也可以设定或获取JAVA层的成员变量值，定义如下：  
NativeType GetField(JNIEnv \*env,jobject obj,jfieldID fieldID);  
NativeTYpe SetField(JNIEnv \*env,jobject obj,jfieldID fieldID,NativeType value);

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