android:JNI与Android(安卓)VM之关系
23.JNI与Android VM之关系
1. 从如何载入*.so档案谈起
由于Android的应用层级类别都是以Java撰写的,这些Java类别转译为Dex型式的Bytecode之后,必须仰赖Dalvik虚拟机器(VM: Virtual Machine)来执行之。VM在Android平台里,扮演很重要的角色。
此外,在执行Java类别的过程中,如果Java类别需要与C组件沟通时,VM就会去加载C组件,然后让Java的函数顺利地呼叫到C组件的函数。此时,VM扮演着桥梁的角色,让Java与C组件能透过标准的JNI接口而相互沟通。
应用层级的Java类别是在虚拟机器(VM: Vitual Machine)上执行的,而C组件不是在VM上执行,那么Java程序又如何要求VM去加载(Load)所指定的C组件呢? 可使用下述指令:
System.loadLibrary(*.so的檔名);
例如,在上一节的范例里的NativeJniAdder类别,其程序代码:
看看 Android框架里所提供的MediaPlayer.java类别,内含指令:
publicclassMediaPlayer{
static{
System.loadLibrary("media_jni");
}
……..
}
这要求VM去加载Android的/system/lib/libmedia_jni.so档案。载入*.so档之后,Java类别与*.so档就汇合起来,一起执行了。
2. 如何撰写*.so的入口函数
---- JNI_OnLoad()与JNI_OnUnload()函数之用途
当VM执行到System.loadLibrary()函数时,首先会去执行C组件里的JNI_OnLoad()函数。它的用途有二:
1. 告诉VM此C组件使用那一个JNI版本。如果你的*.so文件没有提供JNI_OnLoad()函数,VM会默认该*.so檔是使用最老的JNI 1.1版本。由于新版的JNI做了许多扩充,如果需要使用JNI的新版功能,例如JNI 1.4的 java.nio.ByteBuffer, 就必须藉由JNI_OnLoad()函数来告知VM。
2. 由于VM执行到System.loadLibrary()函数时,就会立即先呼叫JNI_OnLoad(),所以C组件的开发者可以藉由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,就提供了JNI_OnLoad()函数,其程序代码片段为:
//#defineLOG_NDEBUG0
#defineLOG_TAG"MediaPlayer-JNI"
………
jintJNI_OnLoad(JavaVM*vm,void*reserved)
{
JNIEnv*env=NULL;
jintresult=-1;
if(vm->GetEnv((void**)&env,JNI_VERSION_1_4)!=JNI_OK){
LOGE("ERROR:GetEnvfailed/n");
gotobail;
}
assert(env!=NULL);
if(register_android_media_MediaPlayer(env)<0){
LOGE("ERROR:MediaPlayernativeregistrationfailed/n");
gotobail;
}
if(register_android_media_MediaRecorder(env)<0){
LOGE("ERROR:MediaRecordernativeregistrationfailed/n");
gotobail;
}
if(register_android_media_MediaScanner(env)<0){
LOGE("ERROR:MediaScannernativeregistrationfailed/n");
gotobail;
}
if(register_android_media_MediaMetadataRetriever(env)<0){
LOGE("ERROR:MediaMetadataRetrievernativeregistrationfailed/n");
gotobail;
}
/*success--returnvalidversionnumber*/
result=JNI_VERSION_1_4;
bail:
returnresult;
}
//KTHXBYE
此函数回传JNI_VERSION_1_4值给VM,于是VM知道了其所使用的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:MediaPlayernativeregistrationfailed/n");
gotobail;
}
就将此组件提供的各个本地函数(Native Function)登记到VM里,以便能加快后续呼叫本地函数之效率。
JNI_OnUnload()函数与JNI_OnLoad()相对应的。在加载C组件时会立即呼叫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()函数来进行善后清除动作。当VM呼叫JNI_OnLoad()或JNI_Unload()函数时,都会将VM的指标(Pointer)传递给它们,其参数如下:
jintJNI_OnLoad(JavaVM*vm,void*reserved) {
………
}
jintJNI_OnUnload(JavaVM*vm,void*reserved){
………
}
在JNI_OnLoad()函数里,就透过VM之指标而取得JNIEnv之指标值,并存入env指针变量里,如下述指令:
jintJNI_OnLoad(JavaVM*vm,void*reserved){
JNIEnv*env=NULL;
jintresult=-1;
if(vm->GetEnv((void**)&env,JNI_VERSION_1_4)!=JNI_OK){
LOGE("ERROR:GetEnvfailed/n");
gotobail;
}
}
由于VM通常是多执行绪(Multi-threading)的执行环境。每一个执行绪在呼叫JNI_OnLoad()时,所传递进来的JNIEnv指标值都是不同的。为了配合这种多执行绪的环境,C组件开发者在撰写本地函数时,可藉由JNIEnv指标值之不同而避免执行绪的数据冲突问题,才能确保所写的本地函数能安全地在Android的多执行绪VM 里安全地执行。基于这个理由,当在呼叫C组件的函数时,都会将JNIEnv指标值传递给它,如下:
jintJNI_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指标值传递过去。如此,在register_android_media_MediaPlayer()函数就能藉由该指标值而区别不同的执行绪,以便化解数据冲突的问题。
例如,在register_android_media_MediaPlayer()函数里,可撰写下述指令:
if ((*env)->MonitorEnter(env, obj) != JNI_OK) {
……….
}
查看是否已经有其它执行绪进入此对象,如果没有,此执行绪就进入该对象里执行了。还有,也可撰写下述指令:
if ((*env)->MonitorExit(env, obj) != JNI_OK) {
………
}
查看是否此执行绪正在此对象内执行,如果是,此执行绪就会立即离开。
3. registerNativeMethods()函数之用途
应用层级的Java类别透过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。如果需要连续呼叫很多次,每次都需要寻找一遍,会多花许多时间。此时,组件开发者可以自行将本地函数向VM进行登记。例如,在Android的/system/lib/libmedia_jni.so档案里的程序代码片段如下:
//#defineLOG_NDEBUG0
#defineLOG_TAG"MediaPlayer-JNI"
………
staticJNINativeMethodgMethods[]={
{"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},
};
………
staticintregister_android_media_MediaPlayer(JNIEnv*env){
………
returnAndroidRuntime::registerNativeMethods(env,
"android/media/MediaPlayer",gMethods,NELEM(gMethods));
}
……….
//
jintJNI_OnLoad(JavaVM*vm,void*reserved){
………
if(register_android_media_MediaPlayer(env)<0){
LOGE("ERROR:MediaPlayernativeregistrationfailed/n");
gotobail;
}
……….
}
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)登记gMethods[]表格所含的本地函数了。简而言之,registerNativeMethods()函数的用途有二:
1. 更有效率去找到函数。
2. 可在执行期间进行抽换。由于gMethods[]是一个<名称,函数指针>对照表,在程序执行时,可多次呼叫registerNativeMethods()函数来更换本地函数之指针,而达到弹性抽换本地函数之目的。
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