Android中JNI编程的那些事儿

http://www.cnblogs.com/keis/archive/2011/04/12/2013174.html

首先说明，Android系统不允许一个纯粹使用C/C++的程序出现，它要求必须是通过Java代码嵌入Native C/C++——即通过JNI的方式来使用本地（Native）代码。因此JNI对Android底层开发人员非常重要。

如何将.so文件打包到.APK

让我们先从最简单的情况开始，假如已有一个JNI实现——libxxx.so文件，那么如何在APK中使用它呢？

在我最初写类似程序的时候，我会将libxxx.so文件push到/system/lib/目录下，然后在Java代码中执行System.loadLibrary(xxx)，这是个可行的做法，但需要取得/system/lib目录的写权限（模拟器通过adb remount取得该权限）。但模拟器重启之后libxxx.so文件会消失。现在我找到了更好的方法，把.so文件打包到apk中分发给最终用户，不管是模拟器或者真机，都不再需要system分区的写权限。实现步骤如下：

1、在你的项目根目录下建立libs/armeabi目录；

2、将libxxx.so文件copy到libs/armeabi/下；

3、此时ADT插件自动编译输出的.apk文件中已经包括.so文件了；

4、安装APK文件，即可直接使用JNI中的方法；

我想还需要简单说明一下libxxx.so的命名规则，沿袭Linux传统，lib<something>.so是类库文件名称的格式，但在Java的System.loadLibrary("something")方法中指定库名称时，不能包括前缀——lib，以及后缀——.so。

准备编写自己的JNI模块

你一定想知道如何编写自己的xxx.so，不过这涉及了太多有关JNI的知识。简单的说：JNI是Java平台定义的用于和宿主平台上的本地代码进行交互的“Java标准”，它通常有两个使用场景：1.使用(之前使用c/c++、delphi开发的)遗留代码；2.为了更好、更直接地与硬件交互并获得更高性能。你可以通过以下链接了解JNI的更多资料：

Java Native Interface Developer Guides

Java Native Interface Specification

Java本地接口(JNI)基本功能

Book：JNI Programmer's Guide and Specification

JNI之Hello World

1、首先创建含有native方法的Java类：

1.package com.okwap.testjni;     2. public final class MyJNI {    3.    //native方法,    4.     public static native String sayHello(String name);    5.}

2、通过javah命令生成.h文件，内容如下(com_okwap_testjni.h文件)：

1./* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */     2. #include <jni.h>      3. /* Header for class com_okwap_testjni_MyJNI */     4. #ifndef _Included_com_okwap_testjni_MyJNI      5. #define _Included_com_okwap_testjni_MyJNI      6. #ifdef __cplusplus      7. extern "C" {      8. #endif      9. /*     10. * Class:     com_okwap_testjni_MyJNI     11.  * Method:    sayHello     12.  * Signature: (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;     13.  */     14. JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_okwap_testjni_MyJNI_sayHello      15.   (JNIEnv *, jclass, jstring);      16. #ifdef __cplusplus      17. }      18. #endif     19. #endif

这是一个标准的C语言头文件，其中的JNIEXPORT、JNICALL是JNI关键字(事实上它是没有任何内容的宏，仅用于指示性说明)，而jint、jstring是JNI环境下对int及java.lang.String类型的映射。这些关键字的定义都可以在jni.h中看到。

3、在 com_okwap_testjni.c文件中实现以上方法：

1.#include <string.h>     2. #include <jni.h>     3. #include "com_okwap_testjni.h"     4. JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_okwap_testjni_MyJNI_sayHello(JNIEnv* env, jclass, jstring str){     5.     //从jstring类型取得c语言环境下的char*类型     6.      const char* name = (*env)->GetStringUTFChars(env, str, 0);     7.     //本地常量字符串     8.      char* hello = "你好，";    9.     //动态分配目标字符串空间    10.     char* result = malloc((strlen(name) + strlen(hello) + 1)*sizeof(char));    11.     memset(result,0,sizeof(result));    12.     //字符串链接    13.      strcat(result,hello);    14.     strcat(result,name);    15.     //释放jni分配的内存    16.     (*env)->ReleaseStringUTFChars(env,str,name);    17.     //生成返回值对象    18.     str = (*env)->NewStringUTF(env, "你好 JNI~!");    19.     //释放动态分配的内存    20.     free(result);    21.    //   22.    return str;    23. }

4、编译——两种不同的编译环境

以上的C语言代码要编译成最终.so动态库文件，有两种途径：

AndroidNDK ：全称是Native DeveloperKit，是用于编译本地JNI源码的工具，为开发人员将本地方法整合到Android应用中提供了方便。事实上NDK和完整源码编译环境一样，都使用Android的编译系统——即通过Android.mk文件控制编译。NDK可以运行在Linux、Mac、Window(+cygwin)三个平台上。有关NDK的使用方法及更多细节请参考以下资料：

eoe特刊第七期《NDK总结》http://blog.eoemobile.com/?p=27

http://androidappdocs.appspot.com/sdk/ndk/index.html；

完整源码编译环境：Android平台提供有基于make的编译系统，为App编写正确的Android.mk文件就可使用该编译系统。该环境需要通过git从官方网站获取完整源码副本并成功编译，更多细节请参考：http://source.android.com/index.html

不管你选择以上两种方法的哪一个，都必须编写自己的Android.mk文件，有关该文件的编写请参考相关文档。

JNI组件的入口函数——JNI_OnLoad()、JNI_OnUnload()

JNI组件被成功加载和卸载时，会进行函数回调，当VM执行到System.loadLibrary(xxx)函数时，首先会去执行JNI组件中的JNI_OnLoad()函数，而当VM释放该组件时会呼叫JNI_OnUnload()函数。先看示例代码：

1.//onLoad方法，在System.loadLibrary()执行时被调用     2.jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved){     3.    LOGI("JNI_OnLoad startup~~!");     4.        return JNI_VERSION_1_4;     5.}        6.     7.//onUnLoad方法，在JNI组件被释放时调用     8.void JNI_OnUnload(JavaVM* vm, void* reserved){     9.    LOGE("call JNI_OnUnload ~~!!");    10.}

JNI_OnLoad()有两个重要的作用：

指定JNI版本：告诉VM该组件使用那一个JNI版本(若未提供JNI_OnLoad()函数，VM会默认该使用最老的JNI 1.1版)，如果要使用新版本的JNI，例如JNI 1.4版，则必须由JNI_OnLoad()函数返回常量JNI_VERSION_1_4(该常量定义在jni.h中) 来告知VM。

初始化设定，当VM执行到System.loadLibrary()函数时，会立即先呼叫JNI_OnLoad()方法，因此在该方法中进行各种资源的初始化操作最为恰当。

JNI_OnUnload()的作用与JNI_OnLoad()对应，当VM释放JNI组件时会呼叫它，因此在该方法中进行善后清理，资源释放的动作最为合适。

使用registerNativeMethods方法

对Java程序员来说，可能我们总是会遵循：1.编写带有native方法的Java类；--->2.使用javah命令生成.h头文件；--->3.编写代码实现头文件中的方法，这样的“官方”流程，但也许有人无法忍受那“丑陋”的方法名称，RegisterNatives方法能帮助你把c/c++中的方法隐射到Java中的native方法，而无需遵循特定的方法命名格式。来看一段示例代码吧：

1.//定义目标类名称     2.static const char *className = "com/okwap/testjni/MyJNI";     3.//定义方法隐射关系    4.static JNINativeMethod methods[] = {     5.  {"sayHello", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;", (void*)sayHello},     6.};     7.jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved){    8.  //声明变量    9.  jint result = JNI_ERR;    10.  JNIEnv* env = NULL;    11.  jclass clazz;    12. int methodsLenght;    13.  //获取JNI环境对象    14.  if ((*vm)->GetEnv(vm, (void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {    15. LOGE("ERROR: GetEnv failed\n");    16.    return JNI_ERR;    17.  }    18.  assert(env != NULL);    19.  //注册本地方法.Load 目标类    20.  clazz = (*env)->FindClass(env,className);    21.  if (clazz == NULL) {    22.    LOGE("Native registration unable to find class '%s'", className);    23.   return JNI_ERR;    24.  }    25.  //建立方法隐射关系    26.  //取得方法长度    27.  methodsLenght = sizeof(methods) / sizeof(methods[0]);    28.  if ((*env)->RegisterNatives(env,clazz, methods, methodsLenght) < 0) {    29.    LOGE("RegisterNatives failed for '%s'", className);    30.    return JNI_ERR;    31.  }    32.  //    33. result = JNI_VERSION_1_4;    34.  return result;

建立c/c++方法和Java方法之间映射关系的关键是 JNINativeMethod结构，该结构定义在jni.h中，具体定义如下：

1.typedef struct {     2.   const char* name;//java方法名称    3.   const char* signature; //java方法签名    4.   void*       fnPtr;//c/c++的函数指针    5. } JNINativeMethod

参照上文示例中初始化该结构的代码：

1.//定义方法隐射关系    2. static JNINativeMethod methods[] = {    3.   {"sayHello", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;", (void*)sayHello},    4. };

其中比较难以理解的是第二个参数——signature字段的取值，实际上这些字符与函数的参数类型/返回类型一一对应，其中"()" 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：
方法签名就是一个方法参数和返回值的声明。A和B两个部分组成。规则如下(A)BA中是参数的类型，B是返回值类型。
字符 Java类型 C/C++类型V void voidZ jboolean booleanI jint intJ jlong longD jdouble doubleF jfloat floatB jbyte byteC jchar charS jshort short
数组则以"["开始，用两个字符表示：
字符 java类型 c/c++类型[Z jbooleanArray boolean[][I jintArray int[][F jfloatArray float[][B jbyteArray byte[][C jcharArray char[][S jshortArray short[][D jdoubleArray double[][J jlongArray long[]
上面的都是基本类型，如果参数是Java类，则以"L"开头，以";"结尾，中间是用"/"隔开包及类名，而其对应的C函数的参数则为jobject，一个例外是String类，它对应C类型jstring，例如：Ljava/lang /String; 、Ljava/net/Socket; 等，如果JAVA函数位于一个嵌入类（也被称为内部类），则用$作为类名间的分隔符，例如："Landroid/os/FileUtils$FileStatus;"。
使用registerNativeMethods方法不仅仅是为了改变那丑陋的长方法名，最重要的是可以提高效率，因为当Java类别透过VM呼叫到本地函数时，通常是依靠VM去动态寻找.so中的本地函数(因此它们才需要特定规则的命名格式)，如果某方法需要连续呼叫很多次，则每次都要寻找一遍，所以使用RegisterNatives将本地函数向VM进行登记，可以让其更有效率的找到函数。
registerNativeMethods方法的另一个重要用途是，运行时动态调整本地函数与Java函数值之间的映射关系，只需要多次调用registerNativeMethods()方法，并传入不同的映射表参数即可。
JNI中的日志输出
你一定非常熟悉在Java代码中使用Log.x(TAG,“message”)系列方法，在c/c++代码中也一样，不过首先你要include相关头文件。遗憾的是你使用不同的编译环境(请参考上文中两种编译环境的介绍)，对应的头文件略有不同。。
如果是在完整源码编译环境下，只要include <utils/Log.h>头文件，就可以使用对应的LOGI、LOGD等方法了，同时请定义LOG_TAG，LOG_NDEBUG等宏值，示例代码如下：
```
/*   * jnilogger.h   *   *  Created on: 2010-11-15   *      Author: INC062805   */      #ifndef __JNILOGGER_H_   #define __JNILOGGER_H_      #include <android/log.h>      #ifdef _cplusplus   extern "C" {   #endif      #ifndef LOG_TAG   #define LOG_TAG    "MY_LOG_TAG"   #endif      #define LOGD(...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG,LOG_TAG,__VA_ARGS__)   #define LOGI(...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,LOG_TAG,__VA_ARGS__)   #define LOGW(...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_WARN,LOG_TAG,__VA_ARGS__)   #define LOGE(...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR,LOG_TAG,__VA_ARGS__)   #define LOGF(...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_FATAL,LOG_TAG,__VA_ARGS__)         #ifdef __cplusplus   }   #endif      #endif /* __JNILOGGER_H_ */
```
你可以下载以上头文件，来统一两种不同环境下的使用差异。另外，不要忘了在你的Android.mk文件中加入对类库的应用，两种环境下分别是：
```
ifeq ($(HOST_OS),windows)   #NDK环境下       LOCAL_LDLIBS := -llog   else   #完整源码环境下       LOCAL_SHARED_LIBRARIES := libutils   endif
```
Android为JNI提供的助手方法

myeclair\dalvik\libnativehelper\include\nativehelper

在完整源码编译环境下，Android在myeclair\dalvik\libnativehelper\include\nativehelper\JNIHelp.h头文件中提供了助手函数，用于本地方法注册、异常处理等任务，还有一个用于计算方法隐射表长度的宏定义：
```
#ifndef NELEM   # define NELEM(x) ((int) (sizeof(x) / sizeof((x)[0])))   #endif      //有了以上宏定义后，注册方法可以按如下写，该宏定义可以直接copy到NDK环境下使用：   (*env)->RegisterNatives(env,clazz, methods,NELEM(methods));
```
更多关于JNI在Android中的信息：

JNI系列（1）：基础篇

JNI系列（2）：jstring操作

JN系列（3）：如何得到JavaVM，JNIEnv接口

JNI系列（4）：如何访问自定义类对象

Android中JNI编程的那些事儿

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