Android--JNI編程詳解

Android系統不允許一個純粹使用C/C++的程序出現，它要求必須是通過Java代碼嵌入Native C/C++——即通過JNI的方式來使用本地（Native）代碼。因此JNI對Android底層開發人員非常重要。

如何將.so文件打包到.APK

讓我們 先 從最簡單的情況開始，假如已有一個JNI實現——libxxx.so文件，那麼如何在APK中使用它呢？

 

實現步驟如下：

1、在你的項目根目錄下建立libs/armeabi目錄；

2、將libxxx.so文件copy到 libs/armeabi/下；

3、此時ADT插件自動編譯輸出的.apk文件中已經包括.so文件了；

4、安裝APK文件，即可直接使用JNI中的方法；

我想還需要簡單說明一下libxxx.so的命名規則，沿襲Linux傳統，lib.so是類庫文件名稱的格式，但在Java的System.loadLibrary(" something ")方法中指定庫名稱時，不能包括 前綴—— lib，以及後綴——.so。

准備編寫自己的JNI模塊

你一定想知道如何編寫自己的xxx.so，不過這涉及了太多有關JNI的知識。簡單的說：JNI是Java平台定義的用於和宿主平台上的本地代碼進行交互的“Java標准”，它通常有兩個使用場景：1.使用(之前使用c/c++、delphi開發的)遺留代碼；2.為了更好、更直接地與硬件交互並獲得更高性能 。

1、首先創建含有native方法的Java類：

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

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

 

#include

#ifndef _Included_com_okwap_testjni_MyJNI
#define _Included_com_okwap_testjni_MyJNI
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_okwap_testjni_MyJNI_sayHello
(JNIEnv *, jclass, jstring);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

 

這是一個標准的C語言頭文件，其中的JNIEXPORT、JNICALL是JNI關鍵字(事實上它是沒有任何內容的宏，僅用於指示性說明)，而jint、jstring是JNI環境下對int及java.lang.String類型的映射。這些關鍵字的定義都可以在jni.h中看到。

3、在 com_okwap_testjni.c文件中實現以上方法：

#include
#include
#include "com_okwap_testjni.h"
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_okwap_testjni_MyJNI_sayHello(JNIEnv* env, jclass, jstring str){
//從jstring類型取得c語言環境下的char*類型
const char* name = (*env)->GetStringUTFChars(env, str, 0);
//本地常量字符串
char* hello = "你好，";
//動態分配目標字符串空間
char* result = malloc((strlen(name) + strlen(hello) + 1)*sizeof(char));
memset(result,0,sizeof(result));
//字符串鏈接
strcat(result,hello);
strcat(result,name);
//釋放jni分配的內存
(*env)->ReleaseStringUTFChars(env,str,name);
//生成返回值對象
str = (*env)->NewStringUTF(env, "你好 JNI~!");
//釋放動態分配的內存
free(result);
//
return str;
} 

4、編譯——兩種不同的編譯環境

以上的C語言代碼要編譯成最終.so動態庫文件，有兩種途徑：

Android NDK ：全稱是Native Developer Kit，是用於編譯本地JNI源碼的工具，為開發人員將本地方法整合到Android應用中提供了方便。事實上NDK和完整源碼編譯環境一樣，都使用Android的編譯系統——即通過Android.mk文件控制編譯。NDK可以運行在Linux、Mac、Window(+cygwin)三個平台上。有關NDK的使用方法及更多細節請參考以下資料：

完整源碼編譯環境 ：Android平台提供有基於make的編譯系統，為App編寫正確的Android.mk文件就可使用該編譯系統。該環境需要通過git從官方網站獲取完整源碼副本並成功編譯，更多細節請參考：http://source.android.com/index.html

不管你選擇以上兩種方法的哪一個，都必須編寫自己的Android.mk文件，有關該文件的編寫請參考相關文檔。

JNI組件的入口函數——JNI_OnLoad()、JNI_OnUnload()

JNI組件被成功加載和卸載時，會進行函數回調，當VM執行到System.loadLibrary(xxx)函數時，首先會去執行JNI組件中的JNI_OnLoad()函數，而當VM釋放該組件時會呼叫JNI_OnUnload()函數。先看示例代碼：

//onLoad方法，在System.loadLibrary()執行時被調用
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved){
LOGI("JNI_OnLoad startup~~!");
return JNI_VERSION_1_4;
}
//onUnLoad方法，在JNI組件被釋放時調用
void JNI_OnUnload(JavaVM* vm, void* reserved){
LOGE("call JNI_OnUnload ~~!!");
}

JNI_OnLoad()有兩個重要的作用：

指定JNI版本：告訴VM該組件使用那一個JNI版本(若未提供JNI_OnLoad()函數，VM會默認該使用最老的JNI 1.1版)，如果要使用新版本的JNI，例如JNI 1.4版，則必須由JNI_OnLoad()函數返回常量JNI_VERSION_1_4(該常量定義在jni.h中) 來告知VM。

初始化設定，當VM執行到System.loadLibrary()函數時，會立即先呼叫JNI_OnLoad()方法，因此在該方法中進行各種資源的初始化操作最為恰當。

JNI_OnUnload()的作用與JNI_OnLoad()對應，當VM釋放JNI組件時會呼叫它，因此在該方法中進行善後清理，資源釋放的動作最為合適。

使用registerNativeMethods方法

對Java程序員來說，可能我們總是會遵循：1.編寫帶有native方法的Java類；--->2.使用javah命令生成.h頭文件；--->3.編寫代碼實現頭文件中的方法，這樣的“官方” 流程，但也許有人無法忍受那“丑陋”的方法名稱，RegisterNatives方法能幫助你把c/c++中的方法隱射到Java中的native方法，而無需遵循特定的方法命名格式。來看一段示例代碼吧：

//定義目標類名稱
static const char *className = "com/okwap/testjni/MyJNI";
//定義方法隱射關系
static JNINativeMethod methods[] = {
{"sayHello", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;", (void*)sayHello},
};
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved){
//聲明變量
jint result = JNI_ERR;
JNIEnv* env = NULL;
jclass clazz;
int methodsLenght;
//獲取JNI環境對象
if ((*vm)->GetEnv(vm, (void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
LOGE("ERROR: GetEnv failed\n");
return JNI_ERR;
}
assert(env != NULL);
//注冊本地方法.Load 目標類
clazz = (*env)->FindClass(env,className);
if (clazz == NULL) {
LOGE("Native registration unable to find class '%s'", className);
return JNI_ERR;
}
//建立方法隱射關系
//取得方法長度 www.2cto.com
methodsLenght = sizeof(methods) / sizeof(methods[0]);
if ((*env)->RegisterNatives(env,clazz, methods, methodsLenght) < 0) {
LOGE("RegisterNatives failed for '%s'", className);
return JNI_ERR;
}
//
result = JNI_VERSION_1_4;
return result;
} 
建立c/c++方法和Java方法之間映射關系的關鍵是 JNINativeMethod 結構，該結構定義在jni.h中，具體定義如下：

typedef struct {
const char* name;//java方法名稱
const char* signature; //java方法簽名
void* fnPtr;//c/c++的函數指針
} JNINativeMethod

參照上文示例中初始化該結構的代碼：

 

//定義方法隱射關系
static JNINativeMethod methods[] = {
{"sayHello", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;", (void*)sayHello},
};

 

其中比較難以理解的是第二個參數——signature字段的取值，實際上這些字符與函數的參數類型/返回類型一一對應，其中"()" 中的字符表示參數，後面的則代表返回值。例如"()V" 就表示void func()，"(II)V" 表示 void func(int, int)，具體的每一個字符的對應關系如下：

字符 Java類型 C/C++類型
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

數組則以"["開始，用兩個字符表示：

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

上面的都是基本類型，如果參數是Java類，則以"L"開頭，以";"結尾，中間是用"/"隔開包及類名，而其對應的C函數的參數則為jobject，一個例外是String類，它對應C類型jstring，例如：Ljava/lang /String; 、Ljava/net/Socket; 等，如果JAVA函數位於一個嵌入類（也被稱為內部類），則用$作為類名間的分隔符，例如："Landroid/os/FileUtils$FileStatus;"。

使用registerNativeMethods方法不僅僅是為了改變那丑陋的長方法名，最重要的是可以提高效率，因為當Java類別透過VM呼叫到本地函數時，通常是依靠VM去動態尋找.so中的本地函數(因此它們才需要特定規則的命名格式)，如果某方法需要連續呼叫很多次，則每次都要尋找一遍，所以使用RegisterNatives將本地函數向VM進行登記，可以讓其更有效率的找到函數。

registerNativeMethods方法的另一個重要用途是，運行時動態調整本地函數與Java函數值之間的映射關系，只需要多次調用registerNativeMethods()方法，並傳入不同的映射表參數即可。

JNI中的日志輸出

你一定非常熟悉在Java代碼中使用Log.x(TAG,“message”)系列方法，在c/c++代碼中也一樣，不過首先你要include相關頭文件。遺憾的是你使用不同的編譯環境( 請參考上文中兩種編譯環境的介紹) ，對應的頭文件略有不同。。

如果是在完整源碼編譯環境下，只要include 頭文件，就可以使用對應的LOGI、LOGD等方法了，同時請定義LOG_TAG，LOG_NDEBUG等宏值，示例代碼如下：

#define LOG_TAG "HelloJni"
#define LOG_NDEBUG 0
#define LOG_NIDEBUG 0
#define LOG_NDDEBUG 0
#include
#include
#include
jstring Java_com_inc_android_ime_HelloJni_stringFromJNI(JNIEnv* env,jobject thiz){
LOGI("Call stringFromJNI!\n");
return (*env)->NewStringUTF(env, "Hello from JNI （中文）!");
}

與日志相關的.h頭文件，在以下源碼路徑：

 

myeclair\frameworks\base\include\utils\Log.h
myeclair\system\core\include\cutils\log.h

如果你是在NDK環境下編譯，則需要#include ，示例代碼如下：

#ifndef __JNILOGGER_H_
#define __JNILOGGER_H_
#include
#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

你可以下載以上頭文件，來統一兩種不同環境下的使用差異。另外，不要忘了在你的Android.mk文件中加入對類庫的應用，兩種環境下分別是

ifeq ($(HOST_OS),windows)
#NDK環境下
LOCAL_LDLIBS := -llog
else
#完整