Android Jni調用淺述

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聲明：歡迎轉載，轉載時請註明出處!http://blog.csdn.net/flydream0/article/details/7371692 

1 簡述 

    JNI是Java Native Interface的縮寫，中文為JAVA本地調用。從Java1.1開始，Java Native Interface(JNI)標準成為java平台的一部分，它允許Java代碼和其他語言寫的代碼進行互動。JNI一開始是為了本地已編譯語言，尤其是C和C++而設計的，但是它並不妨礙你使用其他語言，只要呼叫慣例受支援就可以了。

    由於Android的應用程式層的類都是以Java寫的，這些Java類編譯為Dex型式的位元組碼之後，必須依靠Dalvik虛擬機器來運行，在Android中Dalvik虛擬機器扮演很重要的角色.而Android中介軟體是由C/C++寫的，這些C/C+＋寫的組件並不是在Dalvik虛擬機器上啟動並執行。那麼應用程式層上的Java代碼又是如何與C/C＋＋寫的組件之間又是如何溝通的？

2 載入.so檔案

System.loadLibrary(*.so檔案);

在java代碼中，可以通過loadLibrary要求VM裝載so檔案，java代碼一般如下形式：

 

public class jnitest {    static {        System.loadLibrary("jnitest");    }    //...}

上述代碼運行時將會在/system/lib/目錄下尋找libjnitest.so檔案，將載入VM,這樣，java代碼和C組件之間就構成了聯絡，接下來就可以通過一些方法可以相互調用了.

 

3 JNI_OnLoad與JNI_OnUnload

    在Android中，當程式在java層運行System.loadLibrary("jnitest");這行代碼後，程式會去載入libjnitest.so檔案，與此同時，產生一個"Load"事件，這個事件觸發後，程式預設會在載入的.so檔案的函數列表中尋找JNI_OnLoad函數並執行，與"Load"事件相對，當載入的.so檔案被卸載時，“Unload”事件被觸發，此時，程式預設會去在載入的.so檔案的函數列表中尋找JNI_OnUnload函數並執行，然後卸載.so檔案。需要注意的是，JNI_OnLoad與JNI_OnUnload這兩個函數在.so組件中並不是強制要求的，使用者也可以不去實現，java代碼一樣可以調用到C組件中的函數，在接下來的章節中會講到這點.

    之所以在C組件中去實現這兩個函數（特別是JNI_OnLoad函數），往往是做一個初始化工作或“善後”工作。可以這樣認為，將JNI_ONLoad看成是.so組件的初始化函數，當其第一次被裝載時被執行（window下的dll檔案也可類似的機制，在_DLL_Main()函數中，通過一個swith case語句來識別當前是載入還是卸載）。將JNI_OnUnload函數看成是解構函式，當其被卸載時被調用。

    由此看來，就不難明白為什麼很多jni C組件中會實現JNI_OnLoad這個函數了。 一般情況下，在C組件中的JNI_OnLoad函數用來實現給VM註冊介面，以方便VM可以快速的找到Java代碼需要調用的C函數。（此外，JNI_OnLoad函數還有另外一個功能，那就是告訴VM此C組件使用那一個JNI版本，如果未實現JNI_OnLoad函數，則預設是JNI 1.1版本）。

4 顯式註冊native方法4.1 顯式註冊的作用:

    應用程式層的Java類別通過VM而調用到native函數。一般是通過VM去尋找*.so裡的native函數。如果需要連續呼叫很多次，每次都需要尋找一遍，會多花許多時間。此時，C組件開發人員可以將本地函數向VM進行註冊,以便能加快後續調用native函數的效率.可以這麼想象一下，假設VM內部一個native函數鏈表，初始時是空的，在未顯式註冊之前此native函數鏈表是空的，每次java調用native函數之前會首先在此鏈表中尋找需要尋找需要調用的native函數，如果找到就直接使用，如果未找到，得再通過載入的.so檔案中的函數列表中去尋找，且每次java調用native函數都是進行這樣的流程，因此，效率就自然會下降，為了克服這樣現象，我們可以通過在.so檔案載入初始化時，即JNI_OnLoad函數中，先行將native函數註冊到VM的native函數鏈表中去，這樣一來，後續每次java調用native函數時都會在VM中的native函數鏈表中找到對應的函數，從而加快速度.

註： 在Android 源碼開發環境下，大多採用顯示註冊native方法 . 

4.2 在Android源碼開發模組下有兩種方法可以實現顯示註冊native方法:方法一: 使用JNIHelp.h標頭檔中定義的jniRegisterNativeMethods來實現. 

如~/WORKING_DIRECTORY/frameworks/base/services/jni/com_android_server_location_GpsLocationProvider.cpp：

注:此檔案同級目錄中的其它cpp檔案大多採用此種方法進行native方法顯式註冊. 

 

static JNINativeMethod sMethods[] = {     /* name, signature, funcPtr */    {"class_init_native", "()V", (void *)android_location_GpsLocationProvider_class_init_native},    {"native_is_supported", "()Z", (void*)android_location_GpsLocationProvider_is_supported},    {"native_init", "()Z", (void*)android_location_GpsLocationProvider_init},    {"native_cleanup", "()V", (void*)android_location_GpsLocationProvider_cleanup},    {"native_set_position_mode", "(IIIII)Z", (void*)android_location_GpsLocationProvider_set_position_mode},    {"native_start", "()Z", (void*)android_location_GpsLocationProvider_start},    {"native_stop", "()Z", (void*)android_location_GpsLocationProvider_stop},    {"native_delete_aiding_data", "(I)V", (void*)android_location_GpsLocationProvider_delete_aiding_data},    {"native_read_sv_status", "([I[F[F[F[I)I", (void*)android_location_GpsLocationProvider_read_sv_status},    {"native_read_nmea", "([BI)I", (void*)android_location_GpsLocationProvider_read_nmea},    {"native_inject_time", "(JJI)V", (void*)android_location_GpsLocationProvider_inject_time},    {"native_inject_location", "(DDF)V", (void*)android_location_GpsLocationProvider_inject_location},    {"native_supports_xtra", "()Z", (void*)android_location_GpsLocationProvider_supports_xtra},    {"native_inject_xtra_data", "([BI)V", (void*)android_location_GpsLocationProvider_inject_xtra_data},    {"native_agps_data_conn_open", "(Ljava/lang/String;)V", (void*)android_location_GpsLocationProvider_agps_data_conn_open},    {"native_agps_data_conn_closed", "()V", (void*)android_location_GpsLocationProvider_agps_data_conn_closed},    {"native_agps_data_conn_failed", "()V", (void*)android_location_GpsLocationProvider_agps_data_conn_failed},    {"native_agps_set_id","(ILjava/lang/String;)V",(void*)android_location_GpsLocationProvider_agps_set_id},    {"native_agps_set_ref_location_cellid","(IIIII)V",(void*)android_location_GpsLocationProvider_agps_set_reference_location_cellid},    {"native_set_agps_server", "(ILjava/lang/String;I)V", (void*)android_location_GpsLocationProvider_set_agps_server},    {"native_send_ni_response", "(II)V", (void*)android_location_GpsLocationProvider_send_ni_response},    {"native_agps_ni_message", "([BI)V", (void *)android_location_GpsLocationProvider_agps_send_ni_message},    {"native_get_internal_state", "()Ljava/lang/String;", (void*)android_location_GpsLocationProvider_get_internal_state},    {"native_update_network_state", "(ZIZZLjava/lang/String;Ljava/lang/String;)V", (void*)android_location_GpsLocationProvider_update_network_state },};int register_android_server_location_GpsLocationProvider(JNIEnv* env){    return jniRegisterNativeMethods(env, "com/android/server/location/GpsLocationProvider", sMethods, NELEM(sMethods));}

其中jniRegisterNativeMethods和NELEM都是在標頭檔JNIHelp.h定義的，得:

 

 

#include "JNIHelp.h"

 

在Android.mk檔案中得加上:

 

LOCAL_SHARED_LIBRARIES +=libnativehelper

 

 

方法二:使用AndroidRuntime::registerNativeMethods 

如~/WORKING_DIRECTORY/frameworks/base/media/jni/android_media_MediaPlayer.cpp：

註：目前的目錄下其它cpp檔案大多採用此種方法進行顯式native註冊. 

 

static JNINativeMethod gMethods[] = {    {"setDataSource",       "(Ljava/lang/String;)V",            (void *)android_media_MediaPlayer_setDataSource},    {        "_setDataSource",        "(Ljava/lang/String;[Ljava/lang/String;[Ljava/lang/String;)V",        (void *)android_media_MediaPlayer_setDataSourceAndHeaders    },    {"setDataSource",       "(Ljava/io/FileDescriptor;JJ)V",    (void *)android_media_MediaPlayer_setDataSourceFD},    {"_setVideoSurface",    "(Landroid/view/Surface;)V",        (void *)android_media_MediaPlayer_setVideoSurface},    {"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},    //...}// This function only registers the native methodsstatic int register_android_media_MediaPlayer(JNIEnv *env){    return AndroidRuntime::registerNativeMethods(env,                "android/media/MediaPlayer", gMethods, NELEM(gMethods));}

其中AndroidRuntime::registerNativeMethods是在標頭檔android_runtime/AndroidRuntime.h中定義，使用時得:

 

 

#include "android_runtime/AndroidRuntime.h"

且得在Android.mk檔案中加上:

 

 

LOCAL_SHARED_LIBRARIES +=     libandroid_runtime

有關函數命名，請參考部落格內另一篇文章： Android下如何通過JNI方法向上提供介面總結 。

 

註： 以上兩種顯式註冊native方法都只是適用於Android源碼開發環境下，至於在Android NDK環境下如何顯式註冊native方法，暫時還沒有研究過，且此兩種方法目前NDK還不支援,NDK開發模式下一般採用隱式註冊native函數，即接下來要講的內容. 

 

5 隱式註冊native方法

前面第3節已經講到，JNI_OnLoad和JNI_OnUnload函數並不是強制要求實現的，在這種情況下，就相當於在載入.so檔案時，沒有了初始化函數，既然沒有了初始化函數，那顯式註冊native方法也行不通了。那這個時候又該如何讓應用程式層的java代碼調用下層的C函數呢?

    幸運地是，即使我們不使用任何代碼做native函數顯式註冊，應用程式層的java代碼在調用native函數時，也會採用預設的方法到轉入的.so檔案中的函數列表中尋找對應的native 函數，只不過，這個native函數與java類型中聲明的native函數的名字之前有一種預設的對應關係。如:

java類的native成員函數:public native int socket_send(int cmdid,String argus);預設會在.so檔案中的函數列表中尋找jint JNICALL Java_com_hase_bclm_bclm_socket_1send(JNIEnv *env, jobject obj, jint cmdid, jstring argus);函數，一旦找到此對應的函數，VM就會將此native函數自動註冊到VM內部的native函數鏈表中，以便加快後續相同jni調用.

可接下來的問題是，作為碼農的我們，又是如何知道java native成員函數對應著C組件中的native 函數的名字呢?簡單地函數名字也許我們能搞定，複雜一點的就要傻眼了。同樣幸運地是，JDK提供了一個javah工具，可以用這個工具來自動通過.class檔案來產生C組件的標頭檔.

比如你用java寫了一個xxx.java檔案，裡邊的java類型裡面聲明了一些native成員函數，此xxx.java檔案編譯後會產生xxx.class檔案，那麼就在你產生的xxx.class包所在目錄輸入命令列:

 

$javah -jni com.packagename.yourclassname

就會在目前的目錄下產生一個標頭檔。

 

比如：

 

javah -jni com.test.example

則在目前的目錄下產生 com_test_example.h標頭檔.

目前的目錄下的com結構為:com/test/example.class

再將此標頭檔拷貝到你的C組件工程內，實現其中聲明的native函數即可.

 

之前在顯式註冊native函數的相關章節中已經說明，顯式註冊是將native函數添加到VM內部的native函數鏈表中，以加快後續jni調用的效率，其實在隱性native 註冊時，每一次執行某個jni調用時，VM在.so函數列表中找到對應的native函數後，同樣也會將其註冊到VM內部的native函數鏈表中，由此看到，隱式native註冊的方法除了第一次執某個jni調用時會稍微速度慢點外，後續同樣的調用就會直接在VM內部的native函數鏈表中找到對應的native函數，這樣看來，顯式與隱式註冊native方法，其實效率相差無幾.

 

OK,到此結束!

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