Android开发艺术探索——第十四章：JNI和NDK编程

JNI的意思是Java Native Interface(java本地接口)，它是为了方便java调用C，C++等本地代码所封装的一层接口，我们都知道，JAVA的优点是跨平台，但是作为有蒂娜的同时，其在本地交互的时候出现了短板，java的跨平台性导致了本地交互的能力不够强大，一些和操作系统相关的特性无法满足，这才出现了java JNI

NDK是android所提供的一个工具借，通过NDK可以在android中更加方便的通过jni来访问本地代码。比如c/c++，ndk还提供了交叉编译器，开发人员只需要简单的修改mk文件就可以生成特定的CPU动态库：

1.提高了代码的安全性，由于so库反编译比较困难，因此NDK提高了Android程序的安全性
2.可以很方便的使用目前已有的C/C++开源库
3.由于平台间的移植，通过C/C++实现的动态库可以很方便的在其他平台使用
4.提高程序在某些特定情形下的执行效率，但是并不能明显提升Android程序的性能

由于jni和ndk比较适合在linux环境下开发，这里也同样用ubuntu来说明

一.JNI的开发流程

JNI的开发流程有如下几个步骤，首先需要在JAVA中声明native方法，接着用C或者C++实现native方法，然后编译运行

1.在java中声明native方法

public class JniTest {

    static {
        System.loadLibrary("jni-test");
    }

    public static void main(String [] args){
        JniTest jniTest = new JniTest();
        System.out.print(jniTest.get());
        jniTest.set("Hello Jni");
    }

    public native String get();
    public native void set(String str);
}

可以看到代码，声明了两个native方法，get和set(string)，这两个需要在JNI中实现，jniTest的头部有一个加载动态库的过程，其中jni-test是so库的标识，so库完整的名称为libjni-test.so，这是加载so库的规范。

2.编译Java源文件得到class文件，然后通过javah命令到处JNI的头文件

具体的命令

javac jniTest.java
javah jniTest

这样就会自动生成一个头文件，这里注意下，函数名的规则是：Java_包名类名方法名，比如jniTest中的set方法，到这里就变成 JNIEXPORT void JNICALL Java_com.liuguilin_jniTest_set(JNIEnv*,jobject,jstring),关于Java和Jni的数据类型之间的关系会在后面介绍，这里只需要知道Java的String对应的JNI的jstring，JNIEXPORT,JNICALL,JNIEnv和jobject都是JNI标准定义的类型或者宏，他们的含义：

JNIEnv*：表示一个指向JNI环境的指针，可以通过他来访问JNI提供的接口方法
jobjct:表示Java对象的this
JNIEXPORT,JNICALL:他们是JNI所定义的宏，可以在jni.h这个头文件中查看

下面的宏定义是必须的，他指定extern “C”内部的函数采用C语言的命名规范来编译，否则当JNI采用C++来实现时，由于命名风格不同，这将导致JNI在链接时无法根据函数名查找到具体的函数，那么JNI调用就无法完成，更多的细节实际上有关C和C++编译时的一些问题，这里就不展开了

#ifdef _cplusplus
extern "C"{
#endif

3.实现JNI方法

JNI方法是指Java中声明的native方法，这里可以选择C或者C++来实现，他们的实现过程都类似，只有少量的区别，下面分别使用C和C++来实现JNI的方法，首先，在工程里创建一个子目录，这里叫做jni，然后将之前通过javah生成的头文件复制尽力啊，接着创建test.cpp和test.c文件

test.cpp和test.c很类似，但是他们对env的操作方法有所不同，

C++：env->NewStringUTF("Hello from JNI!");
C:(*env)->NewStringUTF("Hello from JNI!");

4.编译so库并在Java中调用

so库的编译这里采用gcc,切换到jni目录中，对于test.cpp和test.c来说，他们的编译指令如下

C++：gcc -shared -I /usr/lib/jvm/java-7-openjdk-amd64/include -fPIC test.cpp -o libjni-test.so
C:gcc -shared -I /usr/lib/jvm/java-7-openjdk-amd64/include -fPIC test.c -o libjni-test.so

上面的语句中，/usr/lib/jvm/java-7-openjdk-amd64是本地的JDK安装路径，在其他环境编译时也可以将其指向本机的jdk路径即可，而libjni-test.so则是生成so库的名字，在JAVA中可以通过如下方式加载System.loadLibaray(“jni-test”),其中so库名字中的“lib”和“.so”是不需要明确指明的，so编译后，就可以调用了

首先采用C++产生so库的日志

invoke get in C++
Hello from JNI!
invoke set from C++
hello world

然后是C

invoke get from C
Hello from JNI!
invoke set from C
hello world

通过上面的例子可以方便的调用C、C++代码

二.NDK的开发流程

NDK的开发是基于JNI的

1.下载和配置NDK

首先要从Android官网下载NDK，然后配置环境变量

2.创建一个Android项目，声明native方法

public class JniActivity extends AppCompatActivity{

    static {
        System.loadLibrary("jni-test");
    }

    @Override
    protected void onCreate( Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_jni);

        TextView textView = findViewById(R.id.mTextView);
        textView.setText(get());
        set("Hello JNI");
    }

    public native String get();
    public native void set(String str);
}

3.实现Android项目中所声明的native方法

在的外部创建jni目录，然后再jni目录下创建三个文件，test.cpp，Android.mk,Application.mk

//test-cpp

#include <jni.h>
#include <stdio.h>

#ifdef _cplusplus
extern "C"{
#endif

    jstring Java_com_liuguilin_androidsample_JniTestApp_JniActivity_get(JNIEnv*env,jobject thiz){
        printf("invoke get in c++ \n");
        return env->NewStringUTF("Hello JNI");
    }

    void Java_com_liuguilin_androidsample_JniActivity_set(JNIEnv*env,jobject thiz,jstring string){
       printf("invoke get in c++ \n");
       char* str = env -> GetStringUTFChars(string,NULL);
       printf("%s\n",str);
       env->ReleaseStringUTFChars(string,str);
    }

#ifdef _cplusplus
}
#endif


#Android.mk
LOCAL_PATH := $(call my-dir)

include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_MODULE := jni-test
LOCAL_SRC_FILES := test.cpp

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)


#Application.mk
APP_ABI := armeabi

这里对Android.mk和Application.mk做了简单的介绍，在Android.mk中，LOCAL_MODULE表示模块的名称，LOCAL_SRC_FILES表示需要参与编译的源文件，Application.mk中常用的配置项是APP_ABI，他表示CPU的加载平台的类型，目前市面上常见的架构平台是armeabi,x86,mips，其中在移动设备中有主要地位的是armeabi，这也是大部分apk中只包含armeabi平台的原因

4.切换到jni目录的父目录，然后通过ndk-build命令编译产生的so

这个时候NDK回切换一个和jni目录平级的目录，libs，在这面放置so，需要主要的是，ndk-build命令会默认jni目录为本地源码的目录，如果庅存放的目录名字不是jni则编译不通过

然后再创建一个jniLibs放进去即可

当然，我们需要配置一下build.gradle

    sourceSets.main{
        jniLibs.srcDir 'src/main/jniLibs'
    }

除了手动使用ndk-build命令创建so库，还可以通过AS来自动编译，不过就比较复杂了，为了让AS自动编译JNI，我们需要配置NDK的选项

  ndk{
            modelName "jni-test"
     }

这样就可以自动编译JNI代码了，但是这个时候AS会把所有平台的so都打包到apk中，我们一般要配置一下的

    productFlavors{
        arm{
            ndk{
                abiFilter "armeabi"
            }
        }
        x86{
            ndk{
                abiFilter "x86"
            }
        }

三.JNI的数据类型和类型签名

JNI的数据类型包含两种，基本类型和引用类型，基本类型主要有jboolean,jchar,jint等，他们和Java中的数据类型对应关系

这里写图片描述

JNI中的引用类型主要有类，对象和数组，他们在java中的引用类型的对应关系如图：

这里写图片描述

JNI的类型签名标识了一个特定的JAVA类型，这个类型即可是方法，也可以是数据类型

类的签名比较简单，采用了L+包名+类名+.的形式，只需要将其中的.替换为/即可，比如java.lang.String，他的签名是Ljava/lang/String,注意末尾也是签名的一部分

基本数据类型采用的是一系列大写字母表示：

这里写图片描述

从表可以看出，基本数据类型的签名是有规律的，一般是首字母的大写，但是boolean除外，因为B已经被byte占用，而long的签名之所以不是L，那是因为L表示的是类的签名

对象和数组的签名稍微复杂一些,对于对象来说,他的签名就是对象所属的类的签名,比如String对象，他的签名是Ljava/lang/String，对于数组来说，他的签名为【+类型签名，比如int数组，其类型为int，而int的签名为I，所以int数组的签名为【I，同理就是可以得出如下的签名对应关系

char[] [C
float[] [F
double[] [D
long[] [J
String[] [Ljava/lang/String
Object[] [Ljava/lang/Object

对于多维数组来说，他的签名为n+[+类型签名，其中n表示数组的维度，比兔int[][]的签名[[I

方法的签名为（参数类型签名）+返回值类型签名，这有点不好理解，举个例子，如下方法：boolean fun1(int a,double b,int[]c)，根据签名的规定可以知道，他的参数类型的签名连在一起读ID[I,返回值类型的签名为Z，所以整个办法的签名就是（ID[I）Z。再举例子:

int fun1()  签名为（）I
void fun1（int i） 签名为（I）V

四.JNI调用JAVA方法的流程

JNI调用Java方法的流程是闲通过类名找到类，然后再根据方法名找到方法的id，最后就可以调用这个方法了，如果调用JAVA中的费静态方法，那么需要构造出类的对象后才能调用
，下面的例子演示了如何在JNI中调用java的静态方法，至于非静态的只是多了异步构造队形的过程

首先需要在java中定义一个静态方法供JNI调用

    public static void methodCalledByJni(String msg) {
        Log.i(TAG, "methodCalledByJni:" + msg);
    }

    void callJavaMethod(JNIEnv * ev,jobject thiz){
        jclass clszz = env->FindClass("com/liuguilin/androidsample/JniActivity");
        if(clazz == NULL){
            return;
        }
        jmethodID id = env->GetStaticMethodID(clszz,"methodCalledByJni","(LJava/lang/String;)V");
        if(id == NULL){
            printf("error");
        }
        jstring msg = env->NewStringUTF("msg send by callJavaMethod in test.cpp");
        env->CallStaticVoidMethod(clazz,id,msg);
    }

从callJavaMethod的实现可以看出，程序会根据类名找到类，然后再去找这个方法，接着完成最终的调用，最后在get中的使用：

    jstring Java_com_liuguilin_androidsample_JniTestApp_JniActivity_get(JNIEnv*env,jobject thiz){
        printf("invoke get in c++ \n");
        callJavaMethod(env,thiz);
        return env->NewStringUTF("Hello JNI");
    }

由于MainActivity会调用JNI中的get方法，set方法优惠调用callJavaMethod方法，而callJavaMethod方法又会反过来调用，这样就完成了一次从Java调用JNI然后从JNI中调用Java的方法，安装运行程序，可以看出，已经调用成功了

我们可以发现，JNI调用java过程和java方法的定义有很大的关联，针对不同类型的java方法，JNIEnv提供了不同的接口和调用，这只是一个初步的介绍，更多的需要读者自己去查阅