android NDK 開發

 Java Native Interface (JNI)標準是java平台的一部分，它允許Java代碼和其他語言寫的代碼進行互動。JNI 是本地編程介面，它使得在 JAVA 虛擬機器 (VM) 內部啟動並執行 Java 代碼能夠與用其它程式設計語言(如 C、C++ 和組合語言)編寫的應用程式和庫進行互動操作。

1.從如何載入.so檔案談起

    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Bytecode之後，必須靠Dalvik虛擬機器(VM: Virtual Machine)來執行。VM在Android平台裡，扮演很重要的角色。

    此外，在執行Java類的過程中，如果Java類需要與C組件溝通時，VM就會去載入C組件，然後讓Java的函數順利地調用到C組件的函數。此時，VM扮演著橋樑的角色，讓Java與C組件能通過標準的JNI介面而相互溝通。

    應用程式層的Java類是在虛擬機器(VM: Vitual Machine)上執行的，而C件不是在VM上執行，那麼Java程式又如何要求VM去載入(Load)所指定的C組件呢? 可使用下述指令：

     System.loadLibrary(*.so的檔案名);

    例如，Android架構裡所提供的MediaPlayer.java類，含指令：

      這要求VM去載入Android的/system/lib/libmedia_jni.so檔案。載入*.so之後，Java類與*.so檔案就匯合起來，一起執行了。

2.如何撰寫*.so的入口函數

    ---- JNI_OnLoad()與JNI_OnUnload()函數的用途

 當Android的VM(Virtual Machine)執行到System.loadLibrary()函數時，首先會去執行C組件裡的JNI_OnLoad()函數。它的用途有二：

(1)告訴VM此C組件使用那一個JNI版本。如果你的*.so檔沒有提供JNI_OnLoad()函數，VM會預設該*.so檔是使用最老的 JNI 1.1版本。由於新版的JNI做了許多擴充，如果需要使用JNI的新版功能，例如JNI 1.4的java.nio.ByteBuffer,就必須藉由JNI_OnLoad()函數來告知VM。

(2)由於VM執行到System.loadLibrary()函數時，就會立即先呼叫JNI_OnLoad()，所以C組件的開發人員可以藉由JNI_OnLoad()來進行C組件內的初期值之設定(Initialization) 。

例如，在Android的/system/lib/libmedia_jni.so檔案裡，就提供了JNI_OnLoad()函數，其程式碼片段為：

 

此函數回傳JNI_VERSION_1_4值給VM，於是VM知道了其所使用的JNI版本了。此外，它也做了一些初期的動作(可呼叫任何本地函數)，例如指令：

  

就將此組件提供的各個本地函數(Native Function)登記到VM裡，以便能加快後續呼叫本地函數的效率。

JNI_OnUnload()函數與JNI_OnLoad()相對應的。在載入C組件時會立即呼叫JNI_OnLoad()來進行組件內的初期動作；而當VM釋放該C組件時，則會呼叫JNI_OnUnload()函數來進行善後清除動作。當VM呼叫JNI_OnLoad()或 JNI_Unload()函數時，都會將VM的指標(Pointer)傳遞給它們，其參數如下：

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved) {     }

jint JNI_OnUnload(JavaVM* vm, void* reserved){     }

在JNI_OnLoad()函數裡，就透過VM之指標而取得JNIEnv之指標值，並存入env指標變數裡，如下述指令：

由於VM通常是多執行緒(Multi-threading)的執行環境。每一個執行緒在呼叫JNI_OnLoad()時，所傳遞進來的JNIEnv 指標值都是不同的。為了配合這種多執行緒的環境，C組件開發人員在撰寫本地函數時，可藉由JNIEnv指標值之不同而避免執行緒的資料衝突問題，才能確保所寫的本地函數能安全地在Android的多執行緒VM裡安全地執行。基於這個理由，當在呼叫C組件的函數時，都會將JNIEnv指標值傳遞給它，如下：

這JNI_OnLoad()呼叫register_android_media_MediaPlayer(env)函數時，就將env指標值傳遞過去。如此，在register_android_media_MediaPlayer()函數就能藉由該指標值而區別不同的執行緒，以便化解資料衝突的問題。

　例如，在register_android_media_MediaPlayer()函數裡，可撰寫下述指令：

       if ((*env)->MonitorEnter(env, obj) != JNI_OK) {

       }

查看是否已經有其他執行緒進入此物件，如果沒有，此執行緒就進入該物件裡執行了。還有，也可撰寫下述指令：

       if ((*env)->MonitorExit(env, obj) != JNI_OK) {

        }

查看是否此執行緒正在此物件內執行，如果是，此執行緒就會立即離開。

3.registerNativeMethods()函數的用途

應用程式層級的Java類別透過VM而呼叫到本地函數。一般是仰賴VM去尋找*.so裡的本地函數。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，組件開發人員可以自行將本地函數向VM進行登記。例如，在Android的/system/lib/libmedia_jni.so檔案裡的程式碼片段如下：

當VM載入libmedia_jni.so檔案時，就呼叫JNI_OnLoad()函數。接著，JNI_OnLoad()呼叫 register_android_media_MediaPlayer()函數。此時，就呼叫到 AndroidRuntime::registerNativeMethods()函數，向VM(即AndroidRuntime)登記 gMethods[]表格所含的本地函數了。簡而言之，registerNativeMethods()函數的用途有二：

(1)更有效率去找到函數。

(2)可在執行期間進行抽換。由於gMethods[]是一個<名稱，函數指標>對照表，在程式執行時，可多次呼叫registerNativeMethods()函數來更換本地函數之指標，而達到彈性抽換本地函數之目的。

4.Andoird 中使用了一種不同傳統Java JNI的方式來定義其native的函數。其中很重要的區別是Andorid使用了一種Java 和 C 函數的映射表數組，並在其中描述了函數的參數和傳回值。這個數組的類型是JNINativeMethod，定義如下：

其中比較難以理解的是第二個參數，例如

"()V"

"(II)V"

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

實際上這些字元是與函數的參數類型一一對應的。

"()" 中的字元表示參數，後面的則代表傳回值。例如"()V" 就表示void Func();

"(II)V" 表示 void Func(int, int);

具體的每一個字元的對應關係如下

字元   Java類型     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，用兩個字元表示

[I     jintArray       int[]

[F     jfloatArray     float[]

[B     jbyteArray     byte[]

[C    jcharArray      char[]

[S    jshortArray      short[]

[D    jdoubleArray    double[]

[J     jlongArray      long[]

[Z    jbooleanArray    boolean[]

上面的都是基本類型。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。而其對應的C函數名的參數則為jobject. 一個例外是String類，其對應的類為jstring

Ljava/lang/String; String jstring

Ljava/net/Socket; Socket jobject

如果JAVA函數位於一個嵌入類，則用$作為類名間的分隔字元。

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

Android JNI編程實踐

一、直接使用java本身jni介面（windows/ubuntu）

1.在Eclipsh中建立一個android應用程式。兩個類：一個繼承於Activity，UI顯示用。另一個包含native方法。編譯產生所有類。

以上在windows中完成。

2.使用javah命令產生C/C++的.h檔案。注意類要包含包名，路徑檔案夾下要包含所有包中的類，否則會報找不到類的錯誤。classpath參數指定到包名前一級檔案夾，資料夾階層要符合java類的組織階層。

javah -classpath ../jnitest/bin com.hello.jnitest.Nadd

com_hello_jnitest_Nadd .h檔案：

3.編輯.c檔案實現native方法。

com_hello_jnitest_Nadd.c檔案：

4.編譯.c檔案生存動態庫。

arm-none-linux-gnueabi-gcc -I/home/a/work/android/jdk1.6.0_17/include -I/home/a/work/android/jdk1.6.0_17/include/linux -fpic -c com_hello_jnitest_Nadd.c

arm-none-linux-gnueabi-ld -T/home/a/CodeSourcery/Sourcery_G++_Lite/arm-none-linux-gnueabi/lib/ldscripts/armelf_linux_eabi.xsc -share -o libNadd.so com_hello_jnitest_Nadd.o

得到libNadd.so檔案。

以上在ubuntu中完成。

5.將相應的動態庫檔案push到avd的system/lib中:adb push libNadd.so /system/lib。若提示Read-only file system錯誤，運行adb remount命令，即可。

Adb push libNadd.so /system/lib

6.在eclipsh中運行原應用程式即可。

以上在windows中完成。

對於一中產生的so檔案也可採用二中的方法編譯進apk包中。只需在工程檔案夾中建libs/armeabi檔案夾（其他檔案夾名無效，只建立libs檔案夾也無效），然後將so檔案拷入，編譯工程即可。

二.使用NDK產生本地方法（ubuntu and windows）

1.安裝NDK：解壓，然後進入NDK解壓後的目錄，運行build/host-setup.sh（需要Make 3.81和awk）。若有錯，修改host-setup.sh檔案：將#!/bin/sh修改為#!/bin/bash，再次運行即可。

2.在apps檔案夾下建立自己的工程檔案夾，然後在該檔案夾下建一檔案Application.mk和項project檔案夾。

Application.mk檔案：

APP_PROJECT_PATH := $(call my-dir)/project

APP_MODULES      := myjni

3.在project檔案夾下建一jni檔案夾，然後建立Android.mk和myjni.c。這裡不需要用javah產生相應的.h檔案，但函數名要包含相應的完整的包、類名。

4.編輯相應檔案內容。

Android.mk檔案：

myjni檔案組織：

a@ubuntu:~/work/android/ndk-1.6_r1/apps$ tree myjni

myjni

|-- Application.mk

`-- project

    |-- jni

    |   |-- Android.mk

    |   `-- myjni.c

    `-- libs

        `-- armeabi

            `-- libmyjni.so

4 directories, 4 files

5.編譯：make APP=myjni.

以上內容在ubuntu完成。以下內容在windows中完成。當然也可以在ubuntu中完成。

6.在eclipsh中建立android application。將myjni中自動產生的libs檔案夾拷貝到當前工程檔案夾中，編譯運行即可。

NdkTest.java檔案：

對於二中產生的so檔案也可採用一中的方法push到avd中運行。

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