基於Android2.3.5系統：JNI與HAL實例解析[一]

 

一：Android系統下JNI簡介

Android系統下的JNI的全稱是：Java Native Interface (JNI)，JNI標准是java平台的一部分，它允許Java代碼和其他語言寫的代碼進行交互。JNI 是本地編程接口，它使得在 Java 虛擬機 (VM) 內部運行的 Java 代碼能夠與用其它編程語言(如 C、C++ 和匯編語言)編寫的應用程序和庫進行交互操作。

二：為什麼Java要推出JNI

JNI在Android系統中有著廣泛的應用。Android系統底層都是C/C++實現的，上層提供的API都是Java的，Java通過JNI調用底層的實現。

 

Java世界虛擬機使用Native語言編寫的，虛擬機運行在具體的平台上，虛擬機本身無法做到與平台無關，jni可以對java層屏蔽不同平台操作的差異，這樣就能實現java本身平台無關特性。適應已經用Native語言實現的技術。一些效率的問題需要Native語言實現。

 

在Java中使用JNI主要是為了以上幾點而實現的，在Anroid中的API多媒體接口MediaPlayer類，其實底層通過JNI調用libmedia庫。由於JNI的存在可以讓我們重用很多已經存在C/C++的庫，省去了重復開發的麻煩，並且可以利用很多開源的庫（Android庫中就有很多開源庫，比如libjpeg，libpng等等），並且讓我們開發的程序更有效率（C/C++代碼發揮硬件最佳性能）。

三：Java中JNI調用過程

在Java的世界裡，JNI對於應用本身來說，可以看做一個代理模式，對於開始者來說，需要使用C/C++來實現一個代理程序來實際操作目標原生函數，Java程序中則是JVM通過加載並調用JNI程序間接地調用目標原生函數。其調用的示意圖如下：

圖一：Android下JNI調用過程（Load DLL，DLL根據不同的環境而定）

Android系統Java下JNI程序開發的一般操作步驟如下：

編寫JAVA中的調用類；用javah生成C/C++原生函數的頭文件；C/C++中調用需要的其他函數功能，實現原生函數；將項目依賴的所有原生庫和資源加到java項目的路徑中；生成JAVA程序；發布JAVA應用和so庫；

 

四：Android系統下JNI語法

Android系統Java下的JNI對於應用本身來說，可以看做一個代理模式，對於開始者來說，需要使用C/C++來實現一個代理程序來實際操作目標原生函數，基本的數據類型轉換，如下所示：

圖二：基本數據類型轉換表

備注：符號屬性是指在JNI環境下

引用數據類型轉換表，如下所示：

圖三：引用數據類型轉換表

五：Java下JNI注冊函數

Java下的JNI命名規則：JNI層需要將JAVA函數名稱(包括包名)中的“.”換成“_”，用這種方式可以找到自己JNI層的路徑以及文件。注冊Native函數有兩種方法：靜態注冊和動態注冊。靜態注冊靜態就是根據函數名來建立java和jni函數之間的關聯，而且要求jni層函數的名字必須遵循特定的格式，其缺點在於：需要編譯所有的java聲明的類；javah生成的jni層函數特別長；初次調用native函數時要根據名字搜索對應的jni層函數來建立關聯聯系，這樣影響效率。因此這裡只詳細的講解動態注冊的方式，Java native與JNI通過JNINativeMethod的結構來建立聯系，其結構內容如下：

 

typedef struce {   
    const char* name;        //java中native函數的名字，不用攜帶包的路徑  
    const char*signature;    //java函數的簽名信息，用字符串表示，是參數類型和返回值類型的組合 
    void *fnptr;             //JNI層對應的函數指針，注意他是void*的類型。 
} JNINativeMethod; 

用一個Anroid系統下的實例來感性的認識和說明一下，（請到網上去下載Anroid2.3.4的OK6410的Anroid代碼，跟本文的路徑一致，因為我自己把這個Android2.3.4的OK6410移植到Android2.3.5的平台上）路徑為android2.3.5/frameworksaseservicesorlinx_pwm_jniPwmJniService.cpp，這是一個PWM控制的JNI，具體的如下所示：

 

 

圖四：JNINativeMethod方法 Android提供一個RegisterNatives(JNIEnv *env, Const char* className, Const JNINativeMethod* gMethods, int numMethods)來實現這個功能，其實還有一個在AndroidRuntime.cpp中也實現了一個RegisterNatives函數，兩者的功能是相同的，如下所示：

 

 

我們來看看PwmJniService.cpp函數中的JNI動態注冊吧，如下所示：

 

在JNI_OnLoad函數中，會去調用register_forlinx_server_PwmService（）這個函數，而這個函數的定義如下所示：

一起來看看這行代碼：static const char* const kClassName =forlinx_pwm_server/server/PwmService;，就是通過kClassName找到相應的庫的，而這個PwmService就是在Android2.3.5/frameworksaseservicesorlinx_pwm_serverserverPwmService.java文件，如下所示：

也就是說Java層通過這種手段實現了Java層去調用C/C++層的庫，這樣就將Anroid底層給封裝起來了，而在Android的JNI層會去調用Android的HAL層，而HAL層調用的就是Linux的驅動！！

六：JNI的垃圾回收
Java中創建的對象最後由垃圾回收器來回收和釋放內存的，而對於JNI，直接對對象進行引用後不會增加引用計數值，當從JNI返回後在JNI引用的對象有可能被垃圾回收器回收，而在JNI下面記錄的指針有可能是野指針，為了解決此類問題，JNI規范提供如下三類引用:

 

Local Refrence：本地引用，在JNI層函數中使用的非全局變量都是采用Local Refrence，它包含函數調用時傳入的jobject和在JNI層函數中創建的jobject，其最大的特點是一旦JNI層函數返回，這些jobject就可能被垃圾回收了。Global Refrence：全局引用，這類引用如果程序不主動調用銷毀接口將一直駐留在內存中。Weak Global Refrence：弱全局引用，在使用過程中有可能被釋放，調用JNIEnv中IsSameObject函數來判斷是否仍然存在。 七：Java下JNI函數的簽名信息 Android系統下Jave的JNI的簽名Signature的書寫規則如下： ()中的字符表示參數，後面的則代表返回值，如“()V”就表示void func()， “(II)V”表示void func(int, int)等。具體的每個字符對應關系如下：
如果java函數的參數是class，則以“L”開頭，以“;”結尾，中間是用“/”隔開的包及類名，對應的C函數名的參數則為jobject，一個例外是String類，其對應類為jstring。如下所示：

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

以android2.3.5/frameworksaseservicesorlinx_pwm_jniPwmJniService.cpp中的static const JNINativeMethod gMethods[]數組函數為例子，如下所示：
選取forlinx_set_freq函數來說明JNI簽名的問題，在上圖中可以看到 { _set_freq, (I)Z, (void *)forlinx_set_freq }, 這樣的定義方式，對照上表中的簽名解析表格，我們就一目了然啦。forlinx_set_freq函數的定義如下所示：
可以看出來forlinx_set_freq的返回值類型為：jboolean，而jboolean所代表的JNI簽名為：Z，而jint freq是forlinx_set_freq函數中需要設置的一個值，而jint所代表的JNI的簽名為：I 因此forlinx_set_freq函數的簽名信息為：（I）Z。