android jni
16lz
2021-12-04
1.JNI在Android系统中有着广泛的应用。Android系统底层都是C/C++实现的，上层提供的API都是Java的，Java通过JNI调用底层的实现。比如：Android API多媒体接口MediaPlayer类，其实底层通过JNI调用libmedia库。由于JNI的存在可以让我们重用很多已经存在C/C++的库，省去了重复开发的麻烦，并且可以利用很多开源的库（Android库中就有很多开源库，比如libjpeg，libpng等等），并且让我们开发的程序更有效率（C/C++代码发挥硬件最佳性能）。如果你对标准JNI不熟悉的话，可以先参考我的博文《Linux下JNI实现》，文中介绍了怎样用标准JNI在Linux系统中实现一个Helloworld程序，可以让你对JNI有一个初步的认识。本文简单介绍一下怎样在Android下面怎样用JNI开发程序，并开发一个经典Helloworld应用程序。
交叉编译环境
首先是要搭建交叉编译环境，因为Java层的应用程序是和硬件无关的，JDK编译即可；但是Native C/C++代码是和硬件相关的，必须要用交叉编译器编译成特定硬件可执行代码。请根据你的硬件平台搭建你的交叉编译环境，我的MIPS平台，当然选择的是MIPS的交叉编译器，如果你是Arm的请配置自己的交叉编译器。
我们首先编译一个Native C的helloworld程序，一个学习怎样在Android中增加一个程序，另外也可以验证我们的交叉编译环境是否正确，可以参考《Android编译环境(1) – 编译Native C的helloworld模块》。如果这个步没有问题说明你的交叉编译环境是没有问题的，可以继续往下面进行。
Java编写的Android应用程序
我们首先用java编写helloworld应用程序（APK），这个代码很简单创建一个HelloWorld activity。代码如下：
package com.simon;
import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.util.Log;
public class HelloWorld extends Activity {
private static final String TAG = "HelloWorld";
static {
System.loadLibrary("helloworld");
}
private native String printJNI();
/** Called when the activity is first created. */
@Override
public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.main);
Log.d(TAG, "Activity call JNI: " + printJNI());
}
}
这个HelloWorld Activity非常简单，只是调用JNI接口printJNI()打印一些信息到Android logger上面。我们需要关注一下的是printJNI()的声明，有一个native的关键字，说明他是一个用native代码实现的函数，需要用JNI调用Native代码。另外注意static代码段，这段代码意思是当类HelloWorld第一次被加载的时候，加载libhelloworld.so（请注意这里写的是库名称，在Linux中共享库名为xxx共享库，文件存在形式为libxxx.so。所以loadLibrary的参数不是libhelloworld.so，而是helloworld。如果写错误了将会加载库失败，将会收到异常）。
C语言实现helloworld共享库
接下来我们需要来完成Native 代码部分了，这里需要强调一下，Android JNI实现中为C/C++提供了两套不同的API，调用的时候需要注意，否则非常有可能你会受到一些libc库的崩溃信息，没准儿会把你整“崩溃”，呵呵！下面先实现Native C来实现helloworld库。
如果你对Java标准JNI熟悉的话，肯定知道javah工具，可以根据java源程序，生成Native代码的头文件（可以参考我的博文《Linux下JNI实现》）。如果你是在Eclipse中开发apk的话，可以在打开终端进入bin目录，然后执行：
javah com.simon.HelloWorld
你将会得到，一个头文件com_simon_Helloworld.h，这里包含有printJNI接口的C/C++声明。这个声明肯定正确，如果你把printJNI接口声明写错了，HelloWorld将找不到printJNI接口，然后产生崩溃。
我们创建com_simon_Helloworld.c文件，并在该文件中输入：
#include <jni.h>
#define LOG_TAG "HelloWorld"
#include <utils/Log.h>
/* Native interface, it will be call in java code */
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_simon_HelloWorld_printJNI(JNIEnv *env, jobject obj)
{
LOGI("Hello World From libhelloworld.so!");
return (*env)->NewStringUTF(env, "Hello World!");
}
/* This function will be call when the library first be load.
* You can do some init in the libray. return which version jni it support.
*/
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
void *venv;
LOGI("JNI_OnLoad!");
if ((*vm)->GetEnv(vm, (void**)&venv, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
LOGE("ERROR: GetEnv failed");
return -1;
}
return JNI_VERSION_1_4;
}
请注意Java_com_simon_HelloWorld_printJNI函数的名字，这个名字是符合JNI规范的，Java_开头，后面紧跟着调用他类名（包含包名和类名，com_simon_HelloWorld），然后才是接口的名字printJNI。这样java虚拟机就可以在com.simon.HelloWorld类调用printJNI接口的时候自动找到这个C实现的Native函数调用。你可能注意到这个名字非常的长，作为一个函数名它非常有可能不是一个好的选择。JNI API允许你提供一个函数映射表，注册给Jave虚拟机，这样Java虚拟机就可以用函数映射表来调用相应的函数，就可以不必通过函数名来查找需要调用的函数了。这样你的函数名也可以随便定义了（可以定义最能表现函数功能的函数名），这个将会在helloworld共享库的C++实现中演示。但是Android系统中，还是推荐用JNI标准的函数名定义的。
JNI_OnLoad函数JNI规范定义的，当共享库第一次被加载的时候会被回调，这个函数里面可以进行一些初始化工作，比如注册函数映射表，缓存一些变量等，最后返回当前环境所支持的JNI环境。本例只是简单的返回当前JNI环境。
注意网上很多例子都说可以不实现JNI_OnLoad，我发现如果不是实现的话，printJNI只可以返回整型类型的值，如果返回其他类型的值都会崩溃。并且GetEnv的调用也是必须的，否则也是崩溃，但是GetEnv的返回值我并没有用到，这些地方使我非常迷惑，期待达人解惑。
接下来编写Android.mk文件，创建之，并输入：
LOCAL_PATH:= $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_SRC_FILES:=com_simon_Helloworld.c
LOCAL_C_INCLUDES := $(JNI_H_INCLUDE)
LOCAL_MODULE := libhelloworld
LOCAL_SHARED_LIBRARIES := libutils
LOCAL_PRELINK_MODULE := false
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)
这里面有几个标签需要说明：
1、LOCAL_C_INCLUDES说明包含的头文件，这里需要包含JNI的头文件。
2、LOCAL_MODULE当前模块的名称
3、LOCAL_SHARED_LIBRARIES当前模块需要依赖的共享库，因为在hellowold中我们调用Android打印系统输出到logger，所以我们必须要依赖libutils库。
4、LOCAL_PRELINK_MODULE指明该模块是否被启动就加载，可以参考《动态库优化——Prelink（预连接）技术》。我们的helloworld库不需要prelink，所以置为false。
编译这个模块，根据你的环境不同，选择不同的编译途径。然后安装apk，然后运行他们，通过logcat工具将会看到相应的输出。
2.C++实现HelloWorld共享库
在本例中Android应用程序不需要有任何变化，我们需要重新用C++实现HelloWorld共享库。创建com_simon_Helloworld.cpp文件，并在文件中输入如下内容：
#include <jni.h>
#define LOG_TAG "HelloWorld"
#include <utils/Log.h>
/*
* Class: com_simon_Helloworld
* Method: print
* Signature: ()V
*/
/*JNIEXPORT void JNICALL Java_com_simon_Helloworld_print(JNIEnv *, jobject)*/
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_simon_HelloWorld_printJNI(JNIEnv *env, jobject obj)
{
LOGI("Hello World From libhelloworld.so!");
return env->NewStringUTF("Hello World!");
}
static const char *classPathName = "com/simon/HelloWorld";
static JNINativeMethod methods[] = {
{"printJNI", "()Ljava/lang/String;", (void*)Java_com_simon_HelloWorld_printJNI },
};
/*
* Register several native methods for one class.
*/
static int registerNativeMethods(JNIEnv* env, const char* className,
JNINativeMethod* gMethods, int numMethods)
{
jclass clazz;
clazz = env->FindClass(className);
if (clazz == NULL) {
LOGE("Native registration unable to find class '%s'", className);
return JNI_FALSE;
}
if (env->RegisterNatives(clazz, gMethods, numMethods) < 0) {
LOGE("RegisterNatives failed for '%s'", className);
return JNI_FALSE;
}
return JNI_TRUE;
}
/*
* Register native methods for all classes we know about.
*
* returns JNI_TRUE on success.
*/
static int registerNatives(JNIEnv* env)
{
if (!registerNativeMethods(env, classPathName,
methods, sizeof(methods) / sizeof(methods[0]))) {
return JNI_FALSE;
}
return JNI_TRUE;
}
typedef union {
JNIEnv* env;
void* venv;
} UnionJNIEnvToVoid;
/* This function will be call when the library first be loaded */
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
UnionJNIEnvToVoid uenv;
JNIEnv* env = NULL;
LOGI("JNI_OnLoad!");
if (vm->GetEnv((void**)&uenv.venv, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
LOGE("ERROR: GetEnv failed");
return -1;
}
env = uenv.env;;
if (registerNatives(env) != JNI_TRUE) {
LOGE("ERROR: registerNatives failed");
return -1;
}
return JNI_VERSION_1_4;
}
本例与上文《Android JNI开发入门之一》对比有如下几点不同需要注意：
1、C和C++实现共享库调用不同JNI API。前面已经提到Android系统JNI为C和C++提供了两套不同的API。请仔细对比NewStringUTF，GetEnv函数，就会发现JNI API不同。
2、C++版的helloworld共享库提供了函数映射表。前文《
Android JNI开发入门之一》也已经提到，JNI API为了避免丑陋的函数名，提供了方法向Java虚拟机注册函数映射表。这样当Java调用Native接口的时候，Java虚拟机就可以不用根据函数名来决定调用哪个函数了，直接通过查询表格就可以找到需要调用的函数了。
3、我们注意到RegisterNatives第一个参数（C语言接口中是第二个参数）为调用该函数的Java类。这也和标准JNI函数名包含类名（包名和类名）的作用一样——声明那个Java类可以调用这个方法。
4、函数映射表的定义非常的怪异。你可以参考
Android JNI 使用的数据结构JNINativeMethod详解和JNI标准手册相关类型的部分。
通过对比你会发现C++的实现同样功能的共享库比C加入更多的代码，另外你可能会有疑问既然Java虚拟机能用通过函数名访问到相应的Native code函数，为什么还要提供注册映射函数表呢？没错！作为一个HelloWorld程序，确实简单为第一要务！如果Java虚拟机能用函数名能访问到相应的函数的话，我是不会多此一举来注册映射函数表。在实践中我发现：
标准JNI不能通过标准函数名找到C++实现的Helloworld共享库中的函数，但是C实现的helloworld共享没有这个问题。我不知道为什么会这样，请达人指教。没有办法才提供注册映射函数表。
下面提供一个helloworld共享库的Makefile——Android.mk：
LOCAL_PATH:= $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_SRC_FILES:=com_simon_Helloworld.cpp
LOCAL_C_INCLUDES := $(JNI_H_INCLUDE)
LOCAL_MODULE := libhelloworld
LOCAL_SHARED_LIBRARIES := libutils
LOCAL_PRELINK_MODULE := false
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)
和前文《Android JNI开发入门之一》的Android.mk文件相比也就是修改了一下源文件，没有什么可说。编译生成libhelloworld.so文件，允许前文HelloWorld Android应用程序，你将会得到和前文相同的结果。
交叉编译环境
首先是要搭建交叉编译环境，因为Java层的应用程序是和硬件无关的，JDK编译即可；但是Native C/C++代码是和硬件相关的，必须要用交叉编译器编译成特定硬件可执行代码。请根据你的硬件平台搭建你的交叉编译环境，我的MIPS平台，当然选择的是MIPS的交叉编译器，如果你是Arm的请配置自己的交叉编译器。
我们首先编译一个Native C的helloworld程序，一个学习怎样在Android中增加一个程序，另外也可以验证我们的交叉编译环境是否正确，可以参考《Android编译环境(1) – 编译Native C的helloworld模块》。如果这个步没有问题说明你的交叉编译环境是没有问题的，可以继续往下面进行。
Java编写的Android应用程序
我们首先用java编写helloworld应用程序（APK），这个代码很简单创建一个HelloWorld activity。代码如下：
package com.simon;
import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.util.Log;
public class HelloWorld extends Activity {
private static final String TAG = "HelloWorld";
static {
System.loadLibrary("helloworld");
}
private native String printJNI();
/** Called when the activity is first created. */
@Override
public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.main);
Log.d(TAG, "Activity call JNI: " + printJNI());
}
}
这个HelloWorld Activity非常简单，只是调用JNI接口printJNI()打印一些信息到Android logger上面。我们需要关注一下的是printJNI()的声明，有一个native的关键字，说明他是一个用native代码实现的函数，需要用JNI调用Native代码。另外注意static代码段，这段代码意思是当类HelloWorld第一次被加载的时候，加载libhelloworld.so（请注意这里写的是库名称，在Linux中共享库名为xxx共享库，文件存在形式为libxxx.so。所以loadLibrary的参数不是libhelloworld.so，而是helloworld。如果写错误了将会加载库失败，将会收到异常）。
C语言实现helloworld共享库
接下来我们需要来完成Native 代码部分了，这里需要强调一下，Android JNI实现中为C/C++提供了两套不同的API，调用的时候需要注意，否则非常有可能你会受到一些libc库的崩溃信息，没准儿会把你整“崩溃”，呵呵！下面先实现Native C来实现helloworld库。
如果你对Java标准JNI熟悉的话，肯定知道javah工具，可以根据java源程序，生成Native代码的头文件（可以参考我的博文《Linux下JNI实现》）。如果你是在Eclipse中开发apk的话，可以在打开终端进入bin目录，然后执行：
javah com.simon.HelloWorld
你将会得到，一个头文件com_simon_Helloworld.h，这里包含有printJNI接口的C/C++声明。这个声明肯定正确，如果你把printJNI接口声明写错了，HelloWorld将找不到printJNI接口，然后产生崩溃。
我们创建com_simon_Helloworld.c文件，并在该文件中输入：
#include <jni.h>
#define LOG_TAG "HelloWorld"
#include <utils/Log.h>
/* Native interface, it will be call in java code */
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_simon_HelloWorld_printJNI(JNIEnv *env, jobject obj)
{
LOGI("Hello World From libhelloworld.so!");
return (*env)->NewStringUTF(env, "Hello World!");
}
/* This function will be call when the library first be load.
* You can do some init in the libray. return which version jni it support.
*/
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
void *venv;
LOGI("JNI_OnLoad!");
if ((*vm)->GetEnv(vm, (void**)&venv, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
LOGE("ERROR: GetEnv failed");
return -1;
}
return JNI_VERSION_1_4;
}
请注意Java_com_simon_HelloWorld_printJNI函数的名字，这个名字是符合JNI规范的，Java_开头，后面紧跟着调用他类名（包含包名和类名，com_simon_HelloWorld），然后才是接口的名字printJNI。这样java虚拟机就可以在com.simon.HelloWorld类调用printJNI接口的时候自动找到这个C实现的Native函数调用。你可能注意到这个名字非常的长，作为一个函数名它非常有可能不是一个好的选择。JNI API允许你提供一个函数映射表，注册给Jave虚拟机，这样Java虚拟机就可以用函数映射表来调用相应的函数，就可以不必通过函数名来查找需要调用的函数了。这样你的函数名也可以随便定义了（可以定义最能表现函数功能的函数名），这个将会在helloworld共享库的C++实现中演示。但是Android系统中，还是推荐用JNI标准的函数名定义的。
JNI_OnLoad函数JNI规范定义的，当共享库第一次被加载的时候会被回调，这个函数里面可以进行一些初始化工作，比如注册函数映射表，缓存一些变量等，最后返回当前环境所支持的JNI环境。本例只是简单的返回当前JNI环境。
注意网上很多例子都说可以不实现JNI_OnLoad，我发现如果不是实现的话，printJNI只可以返回整型类型的值，如果返回其他类型的值都会崩溃。并且GetEnv的调用也是必须的，否则也是崩溃，但是GetEnv的返回值我并没有用到，这些地方使我非常迷惑，期待达人解惑。
接下来编写Android.mk文件，创建之，并输入：
LOCAL_PATH:= $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_SRC_FILES:=com_simon_Helloworld.c
LOCAL_C_INCLUDES := $(JNI_H_INCLUDE)
LOCAL_MODULE := libhelloworld
LOCAL_SHARED_LIBRARIES := libutils
LOCAL_PRELINK_MODULE := false
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)
这里面有几个标签需要说明：
1、LOCAL_C_INCLUDES说明包含的头文件，这里需要包含JNI的头文件。
2、LOCAL_MODULE当前模块的名称
3、LOCAL_SHARED_LIBRARIES当前模块需要依赖的共享库，因为在hellowold中我们调用Android打印系统输出到logger，所以我们必须要依赖libutils库。
4、LOCAL_PRELINK_MODULE指明该模块是否被启动就加载，可以参考《动态库优化——Prelink（预连接）技术》。我们的helloworld库不需要prelink，所以置为false。
编译这个模块，根据你的环境不同，选择不同的编译途径。然后安装apk，然后运行他们，通过logcat工具将会看到相应的输出。
2.C++实现HelloWorld共享库
在本例中Android应用程序不需要有任何变化，我们需要重新用C++实现HelloWorld共享库。创建com_simon_Helloworld.cpp文件，并在文件中输入如下内容：
#include <jni.h>
#define LOG_TAG "HelloWorld"
#include <utils/Log.h>
/*
* Class: com_simon_Helloworld
* Method: print
* Signature: ()V
*/
/*JNIEXPORT void JNICALL Java_com_simon_Helloworld_print(JNIEnv *, jobject)*/
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_simon_HelloWorld_printJNI(JNIEnv *env, jobject obj)
{
LOGI("Hello World From libhelloworld.so!");
return env->NewStringUTF("Hello World!");
}
static const char *classPathName = "com/simon/HelloWorld";
static JNINativeMethod methods[] = {
{"printJNI", "()Ljava/lang/String;", (void*)Java_com_simon_HelloWorld_printJNI },
};
/*
* Register several native methods for one class.
*/
static int registerNativeMethods(JNIEnv* env, const char* className,
JNINativeMethod* gMethods, int numMethods)
{
jclass clazz;
clazz = env->FindClass(className);
if (clazz == NULL) {
LOGE("Native registration unable to find class '%s'", className);
return JNI_FALSE;
}
if (env->RegisterNatives(clazz, gMethods, numMethods) < 0) {
LOGE("RegisterNatives failed for '%s'", className);
return JNI_FALSE;
}
return JNI_TRUE;
}
/*
* Register native methods for all classes we know about.
*
* returns JNI_TRUE on success.
*/
static int registerNatives(JNIEnv* env)
{
if (!registerNativeMethods(env, classPathName,
methods, sizeof(methods) / sizeof(methods[0]))) {
return JNI_FALSE;
}
return JNI_TRUE;
}
typedef union {
JNIEnv* env;
void* venv;
} UnionJNIEnvToVoid;
/* This function will be call when the library first be loaded */
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
UnionJNIEnvToVoid uenv;
JNIEnv* env = NULL;
LOGI("JNI_OnLoad!");
if (vm->GetEnv((void**)&uenv.venv, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
LOGE("ERROR: GetEnv failed");
return -1;
}
env = uenv.env;;
if (registerNatives(env) != JNI_TRUE) {
LOGE("ERROR: registerNatives failed");
return -1;
}
return JNI_VERSION_1_4;
}
本例与上文《Android JNI开发入门之一》对比有如下几点不同需要注意：
1、C和C++实现共享库调用不同JNI API。前面已经提到Android系统JNI为C和C++提供了两套不同的API。请仔细对比NewStringUTF，GetEnv函数，就会发现JNI API不同。
2、C++版的helloworld共享库提供了函数映射表。前文《
Android JNI开发入门之一》也已经提到，JNI API为了避免丑陋的函数名，提供了方法向Java虚拟机注册函数映射表。这样当Java调用Native接口的时候，Java虚拟机就可以不用根据函数名来决定调用哪个函数了，直接通过查询表格就可以找到需要调用的函数了。
3、我们注意到RegisterNatives第一个参数（C语言接口中是第二个参数）为调用该函数的Java类。这也和标准JNI函数名包含类名（包名和类名）的作用一样——声明那个Java类可以调用这个方法。
4、函数映射表的定义非常的怪异。你可以参考
Android JNI 使用的数据结构JNINativeMethod详解和JNI标准手册相关类型的部分。
通过对比你会发现C++的实现同样功能的共享库比C加入更多的代码，另外你可能会有疑问既然Java虚拟机能用通过函数名访问到相应的Native code函数，为什么还要提供注册映射函数表呢？没错！作为一个HelloWorld程序，确实简单为第一要务！如果Java虚拟机能用函数名能访问到相应的函数的话，我是不会多此一举来注册映射函数表。在实践中我发现：
标准JNI不能通过标准函数名找到C++实现的Helloworld共享库中的函数，但是C实现的helloworld共享没有这个问题。我不知道为什么会这样，请达人指教。没有办法才提供注册映射函数表。
下面提供一个helloworld共享库的Makefile——Android.mk：
LOCAL_PATH:= $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_SRC_FILES:=com_simon_Helloworld.cpp
LOCAL_C_INCLUDES := $(JNI_H_INCLUDE)
LOCAL_MODULE := libhelloworld
LOCAL_SHARED_LIBRARIES := libutils
LOCAL_PRELINK_MODULE := false
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)
和前文《Android JNI开发入门之一》的Android.mk文件相比也就是修改了一下源文件，没有什么可说。编译生成libhelloworld.so文件，允许前文HelloWorld Android应用程序，你将会得到和前文相同的结果。
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