Android(安卓)JNI介绍

JNI 是 Java Native Interface 的缩写，译为 Java 本地接口。它允许 Java 代码和其他语言编写的代码进行交互。在 android 中提供 JNI 的方式，让 Java 程序可以调用 C 语言程序。 android 中很多 Java 类都具有 native 接口，这些接口由本地实现，然后注册到系统中。

主要的 JNI 代码放在以下的路径中： frameworks/base/core/jni/ ，这个路径中的内容被编译成库 libandroid_runtime.so ，这是个普通的动态库，被放置在目标系统的 /system/lib 目录下。此外， android 还有其他的 JNI 库。 JNI 中的各个文件，实际上就是普通的 C++ 源文件；在 android 中实现的 JNI 库，需要连接动态库 libnativehelper.so 。

1 ， JNI 的实现方式

实现 JNI 需要在 Java 源代码中声明，在 C++ 代码中实现 JNI 的各种方法，并把这些方法注册到系统中。实现 JNI 的核心是 JNINativeMethod 结构体。

typedef struct {
const char* name;
const char* signature;
void* fnPtr;
} JNINativeMethod;

第一个变量 name 是 Java 中 JNI 函数的名字，第二个变量 signature 用字符串描述函数参数和返回值，第三个变量 fnPtr 是 JNI 函数 C 指针。

在 Java 代码中，定义的函数由 JNI 实现时，需要指定函数为 native 。

2 ，在应用程序中使用 JNI ，可以通过代码中 /development/samples/SimpleJNI 来分析：

A ，分析顶层 Android.mk 文件

LOCAL_PACKAGE_NAME := SimpleJNI // 生成 PACKAGE 的名字，在 out/target/product/smdk6410/obj/APPS

LOCAL_JNI_SHARED_LIBRARIES := libsimplejni // 生成 JNI 共享库的名字，在 ....smdk6410/obj/SHARED_LIBRARIES

include $(BUILD_PACKAGE) // 以生成 APK 的方式编译

include $(call all-makefiles-under,$(LOCAL_PATH)) // 调用下层 makefile

B ，分析 JNI 目录下 Android.mk 文件

LOCAL_SRC_FILES:= / //JNI 的 C++ 源文件
native.cpp

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY) // 以共享库方式编译

3 ， JNI 的代码实现和调用

A ， native.cpp 内容

static jint add(JNIEnv *env, jobject thiz, jint a, jint b){} // 定义 JAVA 方法 add

static const char *classPathName = "com/example/android/simplejni/Native"; // 目标 JAVA 类路径

static JNINativeMethod methods[] = { // 本地实现方法列表
{"add", "(II)I", (void*)add },};

static int registerNativeMethods(JNIEnv* env, const char* className,
JNINativeMethod* gMethods, int numMethods){} // 为调用的某个 JAVA 类注册本地 JNI 函数

static int registerNatives(JNIEnv* env){} // 为当前平台注册所有类及 JNI 函数

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved) // 为当前虚拟机平台注册本地 JNI

以上三个从下到上依次调用

B ， SimpleJNI.java 内容

package com.example.android.simplejni; //JAVA 包，跟文件路径对应

import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.widget.TextView; // 需要包含的类，以便调用函数

public class SimpleJNI extends Activity {
/** Called when the activity is first created. */
@Override
public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
TextView tv = new TextView(this);
int sum = Native.add(2, 3); // 调用 Native 类的函数 add ，该 add 就是 JNI 函数，由 CPP 实现
tv.setText("2 + 3 = " + Integer.toString(sum));
setContentView(tv); // 在屏幕上显示
}
}

class Native {
static {
// The runtime will add "lib" on the front and ".o" on the end of
// the name supplied to loadLibrary.
System.loadLibrary("simplejni"); // 载入由 native.cpp 生成的动态库，全名是 lib+simplejni+.o
}

static native int add(int a, int b); // 声明动态库中实现的 JNI 函数 add ，供 JAVA 调用
}

编译生成 PACKAGE 后，安装到 MID 上，运行即是 2+3=5 。

JNI 是 Java Native Interface 。
Java Native Interface (JNI) 标准成为 java 平台的一部分，
它允许 Java 代码和其他语言写的代码进行交互。
JNI 是本地编程接口。它使得在 Java 虚拟机 (VM) 内部运行的 Java 代码
能够与用其它编程语言 ( 如 C 、 C++ 和汇编语言 ) 编写的应用程序和库进行互操作。

下面就是我在 Android 环境中一个 Test JNI 的代码。
1.
// TestNativeApi.java
// Native 程序，编译成 jar 包形式，被上层 java 应用调用。
// static 函数中调用 android System.loadLibrary() 来调用 .so 库，
// loadLibrary() 会判断 .so 库的类型，如果是 jni 库，则会调用 .so 库中的 JNI_OnLoad() 函数来注册 jni interface.

package com.me.test;

import android.util.Log;

public final class TestNativeApi {

static {
try {
System.loadLibrary("itest_jni");
} catch (UnsatisfiedLinkError e) {
Log.d("itest_jni", "itest jni library not found!");
}
}

/**
* This class is uninstantiable.
*/
private TestNativeApi() {
// This space intentionally left blank.
}

public native static int apiFunction();

}

// Android.mk for TestNativeApi.java
// 通过函数 BUILD_JAVA_LIBRARY 编译成 jar.

# Build com.me.test.jar
# ============================================================

test_dirs := /
./test/java/com/me/test

test_src_files := $(call all-java-files-under,$(cm_dirs))

# ==== the library =========================================
include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_SRC_FILES := $(test_src_files)

LOCAL_NO_STANDARD_LIBRARIES := true
LOCAL_JAVA_LIBRARIES := core framework

LOCAL_MODULE := com.me.test

include $(BUILD_JAVA_LIBRARY)

2.
// TestInternalApi.cpp
// JNI interface class, JNI_OnLoad() 函数在 .so 被 load 的时候调用
// JNI interface function 中可以调用底层的 C++/C 函数控制硬件等

#define LOG_TAG "itest_jni"
#include <utils/misc.h>
#include <utils/Log.h>
#include "jni.h"
#include "JNIHelp.h"
#include "android_runtime/AndroidRuntime.h"
#include "scm_dbus_utils.h"

#define INTERNALAPI_PKG_NAME "com/me/test/TestNativeApi"

using namespace android;

static jint test_TestInterAPI_Func(JNIEnv* env, jobject clazz)
{
jint ret = (jint)0;

LOGD("call /"%s/"", __FUNCTION__);
return ret;
}

/*
* JNI registration.
*/

static JNINativeMethod gTestInterApiMethods[] = {
{ "apiFunction", "()I", (void *)test_TestInterAPI_Func }
};

int register_com_me_test_TestInternalApiNative(JNIEnv *env)
{
return AndroidRuntime::registerNativeMethods(env, INTERNALAPI_PKG_NAME, gTestInterApiMethods, NELEM(gTestInterApiMethods));
}

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
JNIEnv* env = NULL;
jint result = -1;

LOGD("TestInteralApi JNI loaded");

if (vm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
LOGE("GetEnv failed");
goto bail;
}
assert(env != NULL);

if (register_com_me_test_TestInternalApiNative(env) < 0) {
LOGE("TestInternalApi native registration failed");
goto bail;
}

result = JNI_VERSION_1_4;

bail:
return result;
}

// Android.mk for TestInternalApi.cpp
// 通过函数 BUILD_SHARED_LIBRARY 编译成 .so .

include $(CLEAR_VARS)

ifeq ($(TARGET_ARCH), arm)
LOCAL_CFLAGS += -DPACKED="__attribute__ ((packed))"
else
LOCAL_CFLAGS += -DPACKED=""
endif

LOCAL_SRC_FILES:= /
TestInternalApi.cpp

LOCAL_C_INCLUDES += /
$(JNI_H_INCLUDE)

LOCAL_SHARED_LIBRARIES := /
libandroid_runtime /
libnativehelper /
libcutils /
libutils /
libdvm

LOCAL_MODULE:= libitest_jni

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

endif

Android JNI 使用的数据结构 JNINativeMethod 详解

Andoird 中使用了一种不同传统 Java JNI 的方式来定义其 native 的函数。其中很重要的区别是 Andorid 使用了一种 Java 和 C 函数的映射表数组，并在其中描述了函数的参数和返回值。这个数组的类型是 JNINativeMethod ，定义如下：

typedef struct {
const char* name;
const char* signature;
void* fnPtr;
} JNINativeMethod;

第一个变量 name 是 Java 中函数的名字。

第二个变量 signature ，用字符串是描述了函数的参数和返回值

第三个变量 fnPtr 是函数指针，指向 C 函数。

其中比较难以理解的是第二个参数，例如

"()V"

"(II)V"

"(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)V"

实际上这些字符是与函数的参数类型一一对应的。

"()" 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

字符 Java 类型 C 类型

V void void
Z jboolean boolean
I jint int
J jlong long
D jdouble double
F jfloat float
B jbyte byte
C jchar char
S jshort short

数组则以 "[" 开始，用两个字符表示

[I jintArray int[]
[F jfloatArray float[]
[B jbyteArray byte[]
[C jcharArray char[]
[S jshortArray short[]
[D jdoubleArray double[]
[J jlongArray long[]
[Z jbooleanArray boolean[]

上面的都是基本类型。如果 Java 函数的参数是 class ，则以 "L" 开头，以 ";" 结尾中间是用 "/" 隔开的包及类名。而其对应的 C 函数名的参数则为 jobject. 一个例外是 String 类，其对应的类为 jstring

Ljava/lang/String; String jstring
Ljava/net/Socket; Socket jobject

如果 JAVA 函数位于一个嵌入类，则用 $ 作为类名间的分隔符。

例如 "(Ljava/lang/String;Landroid/os/FileUtils$FileStatus;)Z"

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