JNI和NDK开发(1)_创建JNI程序

开始学习JNI开发技术，在网上看了很多文章，但讲解的都是基础或者过时的技术，没有系统的关于JNI和NDK的学习教程，现在我写《JNI和NDK开发》系列文章，主要是记录自己从零开始学习遇到的一些问题和知识点，希望对大家也有些帮助。对于文章，本人也是边学边写，所以可能会更新的慢一点，大家有问题可以留言。

本系列文章主要解决的问题是：

JNI和NDK开发常用API的使用
JNI和NDK开发常见问题的解决
JNI和NDK应用场景实践

JNI和NDK的概念

JNI全称Java Native Interface，意为java本地接口，它提供了若干的API实现了Java和其他语言的通信（主要是C&C++）。从Java1.1开始，JNI标准成为java平台的一部分，它允许Java代码和其他语言写的代码进行交互。

NDK全称Native Development Kit，是 Android的一个工具开发包，在Android开发中使用NDK编写JNI程序就能实现对C和C++代码的互相调用。

使用JNI和NDK的好处

效率
大家都知道，Android的底层是使用C&C++实现的，所以使用C&C++编写的程序，效率和性能上比java编写的程序高。
安全
应用层编写的java代码很容易被反编译，而通过JNi编译出的so库是一个二进制文件，对于反编译难度要大一点，如果在程序中再加上一些反调试代码和签名验证，又更提高了反编译的难度，所以一些核心加密的算法会使用JNI来编写。
调用Linux函数
众所周知，Android的核心是Linux系统，通过java是无法调用Linux系统函数的，而使用JNI编写C&C++代码却可以调用Linux的系统函数，例如通过调用fork函数创建子进程来实现关键进程的保活，使用mmap映射文件来将日志写入到内存中等。
使用C&C++编译的开源库
使用C&C++编写的著名开源库有很多（例如音视频处理库FFmpeg，图形图像处理库OpenCV等），而Android应用层想要使用使用这些库就必须通过JNI程序调用。

JNI和NDK应用场景

音视频处理
像优酷、Bilibili、爱奇艺、抖音等这些视频播放和直播软件都是用的JNI程序调用FFmpeg开源库。
图形图像处理
例如人脸识别、图像识别技术。
通信协议加密SDK
封装一个Http请求的通信加密的SDK，加密算法是在JNI层实现的。
Android软件调用硬件设备
例如手机软件

创建第一个JNI程序

网上很多文章讲的都是Android Studio2.2之前通过Android.mk来创建编译JNI程序，因为时间有限，我也没去学习和研究，所以直接使用Android Studio2.2之后通过CMake来编译JNI程序，我当前的Android环境配置是：Android studio版本是3.0.1，gradle插件版本3.0.1，gradle版本是4.1，NDK版本是16。废话不多说，下面开始创建第一个JNI程序。

1、 NDK环境配置
在Android Studio中查看Android SDK的SDK Tools配置，如下图所示，保证这三个SDK要下载。
在这里插入图片描述

2、Include C++ support
打开Android Studio创建一个新工程，如下图所示，红框标注的意思是增加JNI的支持，这里如果选中就会创建一个JNI程序，点击执行下一步。
在这里插入图片描述

配置C++编译环境

C++ Standard
指定编译库的环境，其中Toolchain Default使用的是默认的CMake环境；C++ 11也就是C++环境。
Exceptions Support
如果选中复选框，则表示当前项目支持C++异常处理，如果支持，在项目Module级别的build.gradle文件中会增加一个标识 -fexceptions到cppFlags属性中，并且在so库构建时，gradle会把该属性值传递给CMake进行构建。
**Runtime Type Information Support**
选中复选框，项目支持RTTI，属性cppFlags增加标识-frtti。

在这里插入图片描述

创建完成后运行程序，就会在手机上显示Hello from C++，从源码中可以看到这段文本是从native-lib.cpp中返回的。效果看到了那就开始分析JNI的实现逻辑。

3、加载so库
在MainActivity中可以看到这段代码

static {
  System.loadLibrary("native-lib");
}

这段代码的意思是加载名为native-lib的so文件，那native-lib这个名字是在哪定义的呢，其实是在CMakeLists.txt中。
4、CMakeLists.txt配置
打开app目录下的CMakeLists.txt文件，可以看到很大一堆注释，让人看着就不简单，所以我把注释去掉，只留下有用的部分，无非就四行。

// 要求使用的cmake最小版本
cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)
// 添加共享库：命名为native-lib；设置为SHARED共享；文件路径是src/main/cpp/native-lib.cpp
add_library( native-lib SHARED src/main/cpp/native-lib.cpp )
// 找到Android自带的日志库log，并赋值给log-lib变量
find_library( log-lib log )
// 将native-lib库和log-lib库
target_link_libraries( native-lib ${log-lib} )

简单说一下CMake的这几条指令的意思：

add_library
将指定的文件生成与库链接的目标文件。
-find_library
查找库，并将库赋值给变量。
target_link_libraries
将目标文件与生成的库文件链接。

5、build.gradle中配置
在Android Studio中CMakeLists.txt文件是怎么创建的呢？看一下app下的build.gradle文件，在android节点下配置

externalNativeBuild {
    cmake {
        path "CMakeLists.txt"
    }
}

这段代码的作用就是配置CMakeLists.txt文件路径，Android Studio会根据这个路径找到并创建。
除了CMakeLists.txt文件路径的配置，还有一段externalNativeBuild的配置，在defaultConfig节点下：

externalNativeBuild {
    cmake {
        cppFlags ""
    }
}

这段意思是配置CMake编译环境，在app目录下可以看到.externalNativeBuild编译文件。
6、C&C++文件
在app目录下，有一个cpp目录，里面放的就是我们的JNI源程序，打开native-lib.cpp文件，就可以看到JNI代码的语法结构。

#include <jni.h>
#include <string>
extern "C"
JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_rzr_jni_MainActivity_stringFromJNI(
        JNIEnv *env,
        jobject /* this */) {
    std::string hello = "Hello from C++";
    return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}

7、原生接口定义和调用
打开MainActivity找到代码如下：

/**
* A native method that is implemented by the 'native-lib' native library,
* which is packaged with this application.
*/
public native String stringFromJNI();

这段代码定义了原生与JNI的接口函数，我们可以通过调用这个接口来获取JNI返回的结果。

// Example of a call to a native method
TextView tv = (TextView) findViewById(R.id.sample_text);
tv.setText(stringFromJNI());

到此，我们就创建和分析了一个带JNI的Android工程。