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---- JNI技術(shù)與Android應(yīng)用 (http://www.hufushizhe.com/bbs/dispbbs.asp?boardid=45&id=2024)
-- 發(fā)布時(shí)間：2010-12-3 11:15:40
-- JNI技術(shù)與Android應(yīng)用
1. 什么是 JNI
JNI是Java Native Interface的縮寫(xiě)。從Java 1.1開(kāi)始，JNI標(biāo)準(zhǔn)成為java平臺(tái)的一部分，它允許Java和其他語(yǔ)言進(jìn)行交互。JNI一開(kāi)始為C和C++而設(shè)計(jì)的，但是它并不妨礙你使用其他語(yǔ) 言，只要調(diào)用約定受支持就可以了。使用java與本地已編譯的代碼交互，通常會(huì)喪失平臺(tái)可移植性。但是，有些情況下這樣做是可以接受的，甚至是必須的，比 如，使用一些舊的庫(kù)，與硬件、操作系統(tǒng)進(jìn)行交互，或者為了提高程序的性能。關(guān)于 JNI 的用法很簡(jiǎn)單，有點(diǎn)像 java 里的 reflect 的工作機(jī)制，有興趣的朋友可以參看Java 本地接口規(guī)范 http://linux.computersci.net/art ... pec/jniTOC.doc.html
2. Jni程序開(kāi)發(fā)的一般操作步驟如下：
(1) 編寫(xiě)帶有native聲明的方法的java類(lèi)
(2) 使用javac 或 IDE(JBuilder,eclipse等)編譯所編寫(xiě)的java類(lèi)
(3) 使用javah -jni java類(lèi)名生成擴(kuò)展名為h的頭文件
(4) 使用C++ 實(shí)現(xiàn)本地方法,對(duì)調(diào)用簽名可用 javap –s –p [類(lèi)全名] 查看（開(kāi)發(fā) C++ 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)本例是用的 VC6）
注意要從 JDK下面的 include 文件夾中把 jni.h和 jni_md.h 兩個(gè)文件 copy 到你的 VC 工程里
(5) 在 Java 中 load 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件，調(diào)用 native 方法.
或者說(shuō)將項(xiàng)目依賴(lài)的所有原生庫(kù)和資源加入到j(luò)ava項(xiàng)目的java.library.path，生成java程序
3. 開(kāi)發(fā)實(shí)例
(1). 編寫(xiě) Java 類(lèi):
package org.jm.jni;
import java.util.ArrayList;
public class BackgroundProcess {
static {
System.loadLibrary("org_jm_jni_BackgroundProcess");
}
// 三個(gè) native 方法和一個(gè) int 變量
public native boolean checkValid();
public native void processData(BackgroundProcess bg);
public native void processGarbage(String[] bg);
public int num = 5;
// C++ 中可以調(diào)用的方法
public String backProcess(ArrayList<String> p) {
System.out.println("這是 Java 里的方法，在 C++ 中調(diào)用。");
System.out.println("這個(gè)方法，是 java 中 native checkValid 方法調(diào)用的。");
return "look up process ->" + p;
}
public static void main(String[] args) {
String[] array = new String[4];
array[0] = "jack";
array[1] = "maggie";
array[2] = "rocket";
array[3] = "tom";
BackgroundProcess bgP = new BackgroundProcess();
// 調(diào)用 C++ DLL 中定義的方法。
bgP.checkValid();// 該方法回調(diào) java 中的 backProcess 方法,即java::checkValid->c++::checkValid->java::backProcess
bgP.processData(bgP);
bgP.processGarbage(array);
// C++ DLL 改變了該變量
System.out.println("number 現(xiàn)在的值是: " + bgP.num);
}
}
2. 生成 C++ 的頭文件（javah 命令生成，用javap –s –p [類(lèi)全名] 命令查看java 方法簽名）
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include "jni.h"
/* Header for class org_jm_jni_BackgroundProcess */
#ifndef _Included_org_jm_jni_BackgroundProcess
#define _Included_org_jm_jni_BackgroundProcess
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* Class: org_jm_jni_BackgroundProcess
* Method: checkValid
* Signature: ()Z
*/
JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_org_jm_jni_BackgroundProcess_checkValid
(JNIEnv *, jobject);
/*
* Class: org_jm_jni_BackgroundProcess
* Method: processData
* Signature: (Lorg/jm/jni/BackgroundProcess;)V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_org_jm_jni_BackgroundProcess_processData
(JNIEnv *, jobject, jobject);
/*
* Class: org_jm_jni_BackgroundProcess
* Method: processGarbage
* Signature: ([Ljava/lang/String;)V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_org_jm_jni_BackgroundProcess_processGarbage
(JNIEnv *, jobject, jobjectArray);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
這里JNIEXPORT和JNICALL都是JNI的關(guān)鍵字，表示此函數(shù)是要被JNI調(diào)用的。例如jint是以JNI為中介使JAVA的int類(lèi)型與本地 的int溝通的一種類(lèi)型，我們可以視而不見(jiàn)，就當(dāng)做int使用。函數(shù)的名稱(chēng)是JAVA_再加上java程序的package路徑再加函數(shù)名組成的。參數(shù) 中，我們也只需要關(guān)心在JAVA程序中存在的參數(shù)，至于JNIEnv*和jclass我們一般沒(méi)有必要去碰它。
3. 開(kāi)發(fā) C++ DLL 的原文件 (記得要加入 jni.h 和 jni_md.h 兩個(gè)文件)
發(fā)布 DLL 文件, 我是配置了 path 環(huán)境變量
#include "org_jm_jni_BackgroundProcess.h"
#include <iostream.h>
#include <windows.h>
#include "string.h"
char* jstringTostring(JNIEnv* env, jstring jstr)
{
char* rtn = NULL;
jclass clsstring = env->FindClass("java/lang/String");
jstring strencode = env->NewStringUTF("utf-8");
jmethodID mid = env->GetMethodID(clsstring, "getBytes", "(Ljava/lang/String;)[B");
jbyteArray barr= (jbyteArray)env->CallObjectMethod(jstr, mid, strencode);
jsize alen = env->GetArrayLength(barr);
jbyte* ba = env->GetByteArrayElements(barr, JNI_FALSE);
if (alen > 0)
{
rtn = (char*)malloc(alen + 1);
memcpy(rtn, ba, alen);
rtn[alen] = 0;
}
env->ReleaseByteArrayElements(barr, ba, 0);
return rtn;
}
//char* to jstring
jstring stoJstring(JNIEnv* env, const char* pat)
{
jclass strClass = env->FindClass("Ljava/lang/String;");
jmethodID ctorID = env->GetMethodID(strClass, "<init>", "([BLjava/lang/String;)V");
jbyteArray bytes = env->NewByteArray(strlen(pat));
env->SetByteArrayRegion(bytes, 0, strlen(pat), (jbyte*)pat);
jstring encoding = env->NewStringUTF("utf-8");
return (jstring)env->NewObject(strClass, ctorID, bytes, encoding);
}
/*
* Class: org_jm_jni_BackgroundProcess
* Method: checkValid
* Signature: ()Z
*/
JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_org_jm_jni_BackgroundProcess_checkValid
(JNIEnv *env, jobject obj){
jclass bgpClass=env->GetObjectClass(obj);
jmethodID methodId=env->GetMethodID(bgpClass,"backProcess","(Ljava/util/ArrayList;)Ljava/lang/String;");
jobject str=env->CallObjectMethod(obj,methodId,NULL);
jfieldID fieldId=env->GetFieldID(bgpClass,"num","I");
jint number=env->GetIntField(obj,fieldId);
cout << "number 值是: " <<number << endl;
env->SetIntField(obj,fieldId,100L);
return 1;
}
/*
* Class: org_jm_jni_BackgroundProcess
* Method: processData
* Signature: (Lorg/jm/jni/BackgroundProcess;)V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_org_jm_jni_BackgroundProcess_processData
(JNIEnv *env, jobject, jobject){
cout<< "this function do nothing " << endl;
}
/*
* Class: org_jm_jni_BackgroundProcess
* Method: processGarbage
* Signature: ([Ljava/lang/String;)V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_org_jm_jni_BackgroundProcess_processGarbage
(JNIEnv *env, jobject, jobjectArray array){
jint size=env->GetArrayLength(array);
cout << "數(shù)組大小是: " << size << endl;
jstring tempObj=NULL;
char *pszSTR1 = NULL;
for(int i=0;i<size;i++){
cout << "current value is : " << i << endl;
tempObj=(jstring)env->GetObjectArrayElement(array,i);
const char * chars =env->GetStringUTFChars(tempObj, 0);
cout << chars << endl;
}
}
在此，針對(duì)andorid中c++與java中的方法互調(diào)，引用參考說(shuō)明如下：
(1).andorid CPP調(diào)用java函數(shù)和訪問(wèn)其成員:原理 => CPP代碼找到j(luò)ava的那個(gè)class里面的函數(shù)的入口地址,然后在CPP代碼中調(diào)用java代碼
步驟1) 用FindClass()函數(shù)找到該java類(lèi)(如android.os.Binder)的實(shí)例對(duì)象的引用:
jclass clazz = env->FindClass(kBinderPathName) = env->FindClass("android.os.Binder")
步驟2) 用GetFieldID()函數(shù)獲取到要訪問(wèn)的域(field: 實(shí)際上就是該java class中的某個(gè)成員變量的名字)的ID:
gBinderOffsets.mObject = env->GetFieldID(clazz, "mObject", "I") // mObject為java class "Binder"里的一個(gè)成員變量
-> 注意,這里將要訪問(wèn)的那個(gè)java對(duì)象的成員mObject的ID保存到了全局變量gBinderOffsets.mObject中,這樣做的前提和優(yōu)點(diǎn)如下:
前提: android里面,每個(gè)java進(jìn)程中只允許有一個(gè)java虛擬機(jī)(sun公司原始的java架構(gòu)中,一個(gè)進(jìn)程中可以有多個(gè)java虛擬機(jī))
優(yōu)點(diǎn): 除了第一次,以后每次要訪問(wèn)該java對(duì)象的成員mObject就非常快了(不用再去FindClass()和GetFieldID())
步驟3) 用GetMethodID()函數(shù)獲取到要訪問(wèn)的方法(Method: 實(shí)際上就是該java class中的某個(gè)成員函數(shù)的名字)的ID:
gBinderOffsets.mExecTransact = env->GetMethodID(clazz, "execTransact", "(IIII)Z") // execTransact為java class "Binder"里的一個(gè)成員函數(shù)
步驟4) 用類(lèi)似于GetIntField()的函數(shù)獲取到該java對(duì)象的那個(gè)域(即成員)的值:
IBinder* target = (IBinder*)env->GetIntField(obj,gBinderProxyOffsets.mObject)
// 獲取java android.os.Binder類(lèi)型對(duì)象里面的成員mObject的值
步驟5) 用類(lèi)似于CallBooleanMethod()的函數(shù)調(diào)用到該java對(duì)象的那個(gè)成員函數(shù):
jboolean res = env->CallBooleanMethod(mObject, gBinderOffsets.mExecTransact, code, (int32_t)&data, (int32_t)reply, flags)
(2).android java調(diào)用CPP函數(shù): 原理 => 相當(dāng)于java的那個(gè)class里面有的函數(shù)使用CPP代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)了
1)通過(guò)結(jié)構(gòu)JNINativeMethod描述java代碼調(diào)用函數(shù)和CPP函數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系:
typedef struct {
const char* name; // java代碼調(diào)用CPP函數(shù)的入口
const char* signature; // CPP函數(shù)的返回值
void* fnPtr; // CPP的函數(shù)名
} JNINativeMethod;
=> 例如: java代碼通過(guò)IBinder.transact()來(lái)調(diào)用CPP的函數(shù)android_os_BinderProxy_transact()
{"transact", "(ILandroid/os/Parcel;Landroid/os/Parcel;I)Z", (void*)android_os_BinderProxy_transact},
2)將CPP函數(shù)注冊(cè)到j(luò)ava的某個(gè)class中: 使用函數(shù)AndroidRuntime::registerNativeMethods()來(lái)注冊(cè)
=> 這之后,java代碼就可以調(diào)用CPP函數(shù)了
3)java代碼調(diào)用CPP函數(shù)方法:
IBinder.transact()
總結(jié)其原理：C/C++要調(diào)用JAVA程序，必須先加載JAVA虛擬機(jī)，由JAVA虛擬機(jī)解釋執(zhí)行class文件。為了初始化JAVA虛擬機(jī)，JNI提供了一系列的接口函數(shù)，通過(guò)這些函數(shù)方便地加載虛擬機(jī)到內(nèi)存中。
1). 加載虛擬機(jī)：
函數(shù)：jint JNI_CreateJavaVM(JavaVM **pvm, void **penv, void args);
參數(shù)說(shuō)明：JavaVM **pvm JAVA虛擬機(jī)指針,第二個(gè)參數(shù)JNIEnv *env是貫穿整個(gè)調(diào)用過(guò)程的一個(gè)參數(shù),因?yàn)楹竺娴乃泻瘮?shù)都需要這個(gè)參數(shù),需注意的是第三個(gè)參數(shù),在jdk1.1與1.2版本有些不同,在JDK 1.1中第三個(gè)參數(shù)總是指向一個(gè)結(jié)構(gòu)JDK1_ 1InitArgs，這個(gè)結(jié)構(gòu)無(wú)法完全在所有版本的虛擬機(jī)中進(jìn)行無(wú)縫移植。所以為了保證可移植性,建議使用jdk1.2的方法加載虛擬機(jī)。
2). 獲取指定對(duì)象的類(lèi)定義:
有兩種方法可獲得類(lèi)定義,一是在已知類(lèi)名的情況使用FindClass來(lái)獲取；二是通過(guò)對(duì)象直接得到類(lèi)定義GetObjectClass
3). 獲取要調(diào)用的方法：
獲得非靜態(tài)方法：
jmethodID (JNICALL *GetMethodID)(JNIEnv *env, jclass clazz, const char *name, const char *sig);
獲得靜態(tài)方法：
jmethodID (JNICALL *GetStaticMethodID)(JNIEnv *env, jclass class, const char *name, const char *sig);
參數(shù)說(shuō)明：JNIEnv *env初始化是得到的JNI環(huán)境；jclass class前面已獲取到的類(lèi)定義；const char *name方法名；const char *sig方法參數(shù)定義
4). 調(diào)用JAVA類(lèi)方法：
函數(shù)：CallObjectMethod（JNIEnv *env， jobject obj, jmethodID mid）；
函數(shù)：CallStaticObjectMethod（（JNIEnv *env， jobject obj, jmethodID mid）；
5). 獲得類(lèi)屬性的定義：
jfieldID (JNICALL *GetFieldID) (JNIEnv *env, jclass clazz, const char *name, const char *sig);
靜態(tài)屬性：
jfieldID (JNICALL *GetStaticFieldID) (JNIEnv *env, jclass clazz, const char *name, const char *sig);
6). 數(shù)組處理：
要?jiǎng)?chuàng)建數(shù)組首先要知道類(lèi)型及長(zhǎng)度，JNI提供了一系列的數(shù)組類(lèi)型及操作的函數(shù)如：
NewIntArray、NewLongArray、NewShortArray、NewFloatArray、NewDoubleArray、 NewBooleanArray、NewStringUTF、NewCharArray、NewByteArray、NewString，訪問(wèn)通過(guò) GetBooleanArrayElements、GetIntArrayElements等函數(shù)。
7). 異常：
由于調(diào)用了Java的方法，會(huì)產(chǎn)生異常。這些異常在C/C++中無(wú)法通過(guò)本身的異常處理機(jī)制來(lái)捕捉到，但可以通過(guò)JNI一些函數(shù)來(lái)獲取Java中拋出的異常信息。
8).多線程調(diào)用
我們知道JAVA是非常消耗內(nèi)存的，我們希望在多線程中能共享一個(gè)JVM虛擬機(jī)，真正消耗大量系統(tǒng)資源的是JAVA虛擬機(jī)jvm而不是虛擬機(jī)環(huán)境 env，jvm是允許多個(gè)線程訪問(wèn)的，但是虛擬機(jī)環(huán)境只能被創(chuàng)建它本身的線程所訪問(wèn)，而且每個(gè)線程必須創(chuàng)建自己的虛擬機(jī)環(huán)境env。JNI提供了兩個(gè)函 數(shù)：AttachCurrentThread和DetachCurrentThread。便于子線程創(chuàng)建自己的虛擬機(jī)環(huán)境。
4. java與dll交互的技術(shù)
目前java與dll交互的技術(shù)主要有3種：jni，jawin和jacob。Jni（Java Native Interface）是sun提供的java與系統(tǒng)中的原生方法交互的技術(shù)（在windows\\linux系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)java與native method互調(diào)）。目前只能由c/c++實(shí)現(xiàn)。后兩個(gè)都是sourceforge上的開(kāi)源項(xiàng)目，同時(shí)也都是基于jni技術(shù)的windows系統(tǒng)上的一個(gè) 應(yīng)用庫(kù)。Jacob（Java-Com Bridge）提供了java程序調(diào)用microsoft的com對(duì)象中的方法的能力。而除了com對(duì)象外，jawin（Java/Win32 integration project）還可以win32-dll動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中的方法。就功能而言：jni >> jawin>jacob，其大致的結(jié)構(gòu)如下圖：
就易用性而言，正好相反：jacob>jawin>>jni。
Jvm封裝了各種操作系統(tǒng)實(shí)際的差異性的同時(shí)，提供了jni技術(shù)，使得開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)java程序（代碼）調(diào)用到操作系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)的庫(kù)函數(shù)，從而與 其他技術(shù)和系統(tǒng)交互，使用其他技術(shù)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)的功能；同時(shí)其他技術(shù)和系統(tǒng)也可以通過(guò)jni提供的相應(yīng)原生接口開(kāi)調(diào)用java應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的功能。在 windows系統(tǒng)上，一般可執(zhí)行的應(yīng)用程序都是基于native的PE結(jié)構(gòu)，windows上的jvm也是基于native結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。Java應(yīng)用體 系都是構(gòu)建于jvm之上。
Jni對(duì)于應(yīng)用本身來(lái)說(shuō)，可以看做一個(gè)代理模式。對(duì)于開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，需要使用c/c++來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)代理程序（jni程序）來(lái)實(shí)際操作目標(biāo)原生函數(shù)，java程序中則是jvm通過(guò)加載并調(diào)用此jni程序來(lái)間接地調(diào)用目標(biāo)原生函數(shù)。
5. Android中jni的現(xiàn)有應(yīng)用
(1).從如何載入.so檔案談起
由于Android的應(yīng)用層的類(lèi)都是以Java寫(xiě)的，這些Java類(lèi)編譯為Dex型式的Bytecode之后，必須靠Dalvik虛擬機(jī)(VM: Virtual Machine)來(lái)執(zhí)行。VM在Android平臺(tái)里，扮演很重要的角色。此外，在執(zhí)行Java類(lèi)的過(guò)程中，如果Java類(lèi)需要與C組件溝通時(shí)，VM就會(huì) 去載入C組件，然后讓Java的函數(shù)順利地調(diào)用到C組件的函數(shù)。此時(shí)，VM扮演著橋梁的角色，讓Java與C組件能通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的JNI介面而相互溝通。應(yīng)用 層的Java類(lèi)是在虛擬機(jī)(VM: Vitual Machine)上執(zhí)行的，而C件不是在VM上執(zhí)行，那么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框架里所提供的MediaPlayer.java類(lèi)，含指令：
public class MediaPlayer{
static {
System.loadLibrary("media_jni");
}
}
這要求VM去載入Android的/system/lib/libmedia_jni.so檔案。載入*.so之后，Java類(lèi)與*.so檔案就匯合起來(lái)，一起執(zhí)行了。