JNI和NDK编程知识点

ゞ浴缸里的玫瑰 2022-05-29 05:36 163阅读 0赞

总结归纳JNI和NDK相关的知识点。

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# JNI和NDK编程 #

版本:2018/3/18-1(11:36

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*  JNI和NDK编程
    
     *  JNI和NDK简介
     *  参考书籍

## JNI和NDK简介 ##

1、JNI是什么？作用？

> 1.  Java Native Interface(java本地接口)
> 2.  方便`Java`调用`C、C++`等本地代码所封装的一层接口

2、为什么需要JNI？

> 1.  `java`特点是`跨平台`，但是会导致`本地交互能力`不够强大，一些`操作系统相关特性`Java是无法完成的-因此`Java`提供`JNI`专门用于和本地代码交互，依次增强`本地交互能力`
> 2.  可以使用现有的开源库，现在很多优秀的开源库都是用 C/C++ 编写的。
> 3.  代码的保护，Android apk 的 java 代码容易被反编译，而 C/C++ 更难反编译。
> 4.  便于移植，用 C/C++ 写的库可以方便在其他嵌入式平台使用。

3、NDK是什么？

> 1.  `NDK`是Android所提供的`工具集合`
> 2.  通过`NDK`可以在Android中更加方便地通过`JNI`来访问本地代码，如`C\C++`
> 3.  `NDK`还提供`交叉编译器`，只需要简单地修改`mk文件`就可以生成`特定CPU平台的动态库`

4、NDK的优点

> 1.  提高代码的安全性—so库反编译比较困难
> 2.  可以方便地使用目前已有的`C/C++开源库`
> 3.  便于平台间的移植—通过`C/C++`实现的动态库可以很方便在其他平台上使用
> 4.  提高程序在某些特定情况下的执行效率，但并不能明显提升Android程序的性能。

5、AS3.0如何集成JNI功能

> 1.  AS3.0中下载NDK,CMake(高级的编译配置工具),LLDB(高效的C/C++的调试器)
> 2.  Java的native方法，通过javah生成对应的头文件
> 3.  编写C/C++代码
> 4.  CMakeList文件进行配置

6、cpp代码中`JNIEXPORT`和`JNICALL`关键字的作用？

> 1.  这两个关键字是两个`宏定义`
> 2.  用于说明该函数为`JNI函数`, Java虚拟机加载的时候会链接对应的`native方法`

7、Java虚拟机加载so库时，如何找到Java层中对应的hative方法？(静态注册)

> 1.  通过`JNI函数的函数名`去匹配：`Java_PackageName_ClassName_NativeMethodName`
> 2.  可以在`app/build/intermediates/classes/debug`通过`javah -d jni 包名.类名`在`debug目录下`生成`jni目录(-d jni参数指定)`，并在其中生成对应的`H头文件`

8、自动生成的JNI函数中的参数`jobject`是什么？

> 1.  当前和该JNI函数所连接的native方法所属的类对象(等价于Java中的this)

9、JNI的动态注册是什么？

> 1.  静态注册native方法的过程，是将`Java层的native方法`和`JNI函数`一一对应
> 2.  动态注册能让`Java层的native方法`和任意`JNI函数`连接起来。

10、JNI进行动态注册的步骤

> 1.  Java中定义`native函数`
> 2.  C/C++中定义对应的`JNI函数(名称随意不需要对应)`
> 3.  C/C++中定义`JNINativeMethod的数据`—指明多组`native函数和JNI函数对应关系`
> 4.  C/C++中的`JNI_OnLoad()`中进行`动态注册`

public class JniUtils2 { 
        static {
            System.loadLibrary("native-lib");
        }
        public native String getStringFromC();
    
        public native void dynamicFunction();
    
        public native void dynamicFunction2();
    }

#include "com_hao_jniapp_JniUtils2.h"
    #include "android/log.h"
    
    extern "C" {
    JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_hao_jniapp_JniUtils2_getStringFromC
            (JNIEnv *env, jobject jobject1) {
        return env->NewStringUTF("我是来自JniUtils2的Native方法");
    }
    
    // 6. JNI函数(Java层的native方法的具体实现)
    static void jniDynamicLog(JNIEnv *evn, jobject obj){
        __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, "feather", "JNI's Log: hello Java! Im from JNI");
    }
    static void jniTest(JNIEnv *evn, jobject obj){
        __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, "feather", "JNI's Log: hello Java! Im from JNI's Test");
    }
    
    /**========================== * 7. JNINativeMethod结构体：记录java的native方法和JNI函数的对应关系 *==========================*/
    JNINativeMethod nativeMethod[] = {  {
       "dynamicFunction", //1. Java层native方法的方法名
                                                "()V",      //2. Java层native方法的描述符
                                                (void*)jniDynamicLog} //3. JNI函数的指针
                        ,{
       "dynamicFunction2", "()V", (void*)jniTest}  //4. 另一个绑定关系的native/jni
    };
    
    /**=========================================================== * 1. JNI_OnLoad会在Java中的`System.loadLibarary()`加载so库的时候调用 * @param jvm *jvm为Java虚拟机实例，JavaVM为一个结构体。 *==========================================================*/
    JNIEXPORT jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM *jvm, void *reserved) {
    
        JNIEnv *env;
        //2. *jvm调用GetEnv()会获得JNIEnv变量
        if (jvm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
    
            return -1;
        }
        __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, "feather", "JNI's Log: JNI_OnLoad...");
        //3. JNIEnv结构体指向一个函数表, 获取到JniUtils对象
        jclass clz = env->FindClass("com/hao/jniapp/JniUtils2");
        //4. 将JniUtils对象和nativeMethod结构体所描述的Java层native方法和JNI函数 进行动态注册
        env->RegisterNatives(clz, nativeMethod, sizeof(nativeMethod)/sizeof(nativeMethod[0]));
    
        //5. return 当前使用的JNI版本
        return JNI_VERSION_1_4;
    }
    
    }

11、JNINativeMethod的作用

> 1.  作为一个结构体，描述了native方法和JNI函数的绑定关系

typedef struct {
        const char* name;//Java层native方法的名字
        const char* signature;//Java层native方法的描述符
        void*       fnPtr;//对应JNI函数的指针
    } JNINativeMethod;

12、JNIEnv结构体的作用

> 1.  指向一个`函数表`，该`函数表`指向一系列`JNI函数`
> 2.  通过这些`JNI函数`就能够实现`调用Java层的代码`

//1. 获取到Java对象中某个变量的ID
    jfieldID GetFieldID(jclass clazz, const char* name, const char* sig)
    //2. 根据变量的ID获取到数据类型为boolean的变量
    jboolean GetBooleanField(jobject obj, jfieldID fieldID)
    //3. 获取到Java对象中对应方法的ID
    jmethodID GetMethodID(jclass clazz, const char* name, const char* sig)
    //4. 根据方法ID去调用对应对象中的方法，且该方法返回void
    CallVoidMethod(jobject obj, jmethodID methodID, ...)
    //5. 根据方法ID去调用对应对象中的方法，且该方法返回boolean
    CallBooleanMethod(jobject obj, jmethodID methodID, ...)

13、JNI数据类型的作用

> 1.  Java层和C/C++的数据类型和对象不能直接相互引用和使用。
> 2.  C/C++的指针对于Java就是无法识别的。
> 3.  综上：JNI层定义了自己的数据类型以达到衔接的作用。

14、JNI中有哪几种数据类型？

> 1.  JNI的数据类型分为两种：基本类型和引用类型

15、JNI的原始数据类型

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>Java Type</th> 
   <th>Native Typ</th> 
   <th>Description</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>boolean</td> 
   <td>jboolean</td> 
   <td>unsigned 8 bits</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>byte</td> 
   <td>jbyte</td> 
   <td>signed 8 bits</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>char</td> 
   <td>jchar</td> 
   <td>unsigned 16 bits</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>short</td> 
   <td>jshort</td> 
   <td>signed 16 bits</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>int</td> 
   <td>jint</td> 
   <td>signed 32 bits</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>long</td> 
   <td>jlong</td> 
   <td>signed 64 bits</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>float</td> 
   <td>jfloat</td> 
   <td>32 bits</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>double</td> 
   <td>jdouble</td> 
   <td>64 bits</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>void</td> 
   <td>void</td> 
   <td>N/A</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

16、JNI引用类型？

> 1.  JNI定义了一些引用类型来便于`JNI层`调用

17、JNI中的方法ID和变量ID的作用？

> 1.  如果要在在JNI中去调用`Java层的某个方法`，首先需要获取它的ID，再根据ID通过JNI函数去获得该方法。

//变量ID
    struct _jfieldID;
    typedef struct _jfieldID *jfieldID;
    
    //方法ID
    struct _jmethodID;
    typedef struct _jmethodID *jmethodID; /* method IDs */

18、JNI中类描述符的作用

> 1.  用于去获取Java的对象。
> 2.  例如`com.hao.jniapp.JniUtils2`这是该类所属于的包。需要更换为`com/hao/jniapp/JniUtils2`\-这就是类的描述符(`FindClass("com/hao/jniapp/JniUtils2")`中常用)。  
>     3.

19、方法描述符？

> 1.  就是用于确定`native`方法的参数和返回值。
> 2.  “()V”中“V”表示返回值为空
> 3.  “()V”中“()”标识为参数

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>Method Descriptor</th> 
   <th>Java Language Type</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>“()Ljava/lang/String;”</td> 
   <td>String f();</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>“(ILjava/lang/Class;)J”</td> 
   <td>long f(int i, Class c);</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>“([B)V”</td> 
   <td>String(byte[] bytes);</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

20、数据类型描述符

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>Field Desciptor</th> 
   <th>Java Language Type</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Z</td> 
   <td>boolean</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>B</td> 
   <td>byte</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>C</td> 
   <td>char</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>S</td> 
   <td>short</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>I</td> 
   <td>int</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>J</td> 
   <td>long</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>F</td> 
   <td>floa</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>D</td> 
   <td>double</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

21、数组描述符

> 1.  一位数组的描述符是“\[+对应的类型描述符”
> 2.  二维和三维数组，以”\[\[“和“\[\[\[”开头，更多维数组类似

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>Descriptor</th> 
   <th>Java Langauage Type</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>“[[I”</td> 
   <td>int[][]</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>“[[[D”</td> 
   <td>double[][][]</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>Field Desciptor</th> 
   <th>Java Language Type</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>“Ljava/lang/String;”</td> 
   <td>String</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>“[Ljava/lang/Object;”</td> 
   <td>Object[]</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

22、JNI函数中调用Java的静态方法

> 1.  Java层的native方法所在类编写一个一般方法
> 2.  C/C++的文件中编写函数，参数需要有(JNIEnv \*env, jobject thiz)，在内部去获得Java层方法并调用。
> 3.  在C/C++的JNI函数中去调用上者的方法。

//JniUtils2.Java
    public class JniUtils2 { 
        static {
            System.loadLibrary("native-lib");
        }
        ...
      //1. 静态方法
        public static void staticShowMsg(String msg){
            Log.i("feather", "I'm Java Static method: get JNI's msg =" + msg);
        }
    }

//xxx.cpp
    void callJavaMethod(JNIEnv *env, jobject thiz){
      //1. 获取到Java的class
        jclass clazz = env->FindClass("com/hao/jniapp/JniUtils2");
        if(clazz == NULL){
            printf("find class JniUtils2 error!");
            return;
        }
      //2. 获取到方法ID
        jmethodID  id = env->GetStaticMethodID(clazz, "staticShowMsg", "(Ljava/lang/String;)V");
        if(id == NULL){
            printf("find method staticShowMsg error!");
        }
      //3. 调用该静态方法并传入参数
        jstring msg = env->NewStringUTF("Hello Java! I'm JNI message");
        env->CallStaticVoidMethod(clazz, id, msg);
    }

23、JNI函数中调用Java的非静态方法

> 重点是通过JNIEnv非静态方法去调用，并且需要将对应的Java对象的this作为参数传入。

//java
    public class JniUtils2 { 
        static {
            System.loadLibrary("native-lib");
        }
        ...
        public void showMsg(String msg){
            Log.i("feather", "I'm Java method: get msg =" + msg + "from JNI");
        }
    }

void callAnothorJavaMethod(JNIEnv *env, jobject thiz){
        jclass clazz = env->FindClass("com/hao/jniapp/JniUtils2");
        if(clazz == NULL){
            printf("find class JniUtils error!");
            return;
        }
      //1. 获取非静态方法的ID
        jmethodID  id = env->GetMethodID(clazz, "showMsg", "(Ljava/lang/String;)V");
        if(id == NULL){
            printf("find method showMsg error!");
        }
        jstring msg = env->NewStringUTF("Hello Java! I'm JNI message");
      //2. 重点是需要将代表JniUtils2对象的this指针(`jobject thiz`)
        env->CallVoidMethod(thiz, id, msg);
    }

## 参考书籍 ##

1.  [AS3.0的JNI和NDK开发教程][AS3.0_JNI_NDK]
2.  [Android JNI基础][Android JNI]
3.  [如何在JNI中的C/C++层打印log到logcat][JNI_C_C_log_logcat]
4.  [JNI的API文档][JNI_API]

[http_blog.csdn.net_feather_wch_article_details_79599270]: http://blog.csdn.net/feather_wch/article/details/79599270
[AS3.0_JNI_NDK]: http://blog.csdn.net/feather_wch/article/details/79548978
[Android JNI]: https://www.jianshu.com/p/aba734d5b5cd
[JNI_C_C_log_logcat]: https://www.jianshu.com/p/df3fa1d97d05
[JNI_API]: https://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/jni/