JNI—NDK开发流程（ndk-build与CMake）

注意，例子使用的各版本信息如下：
AS 3.3
Gradle Tool：3.3.0
Gradle Version：4.10.1

1. 概述

最近在阅读Android 源码的过程中发现大量的Native方法，在没有系统掌握JNI与NDK知识的情况下寸步难行，所以有必要系统地了解相关知识。
在学习之前，我常常有有如下几个疑问：

NDK的开发流程？
C/C++ 与 Java如何进行通信的？
如何阅读Android Native 源码？

希望经过一系列的学习和总结，以上的问题能得到解决。今天首先解决“如何进行NDK开发？”

1.1. JNI：

JNI :
- Java Native Interface，Java本地编程接口，是一套编程规范，提供了本地语言（C/C++）与Java 语言相互通信的一套API接口；
- Java是跨平台语言，因为其背后依赖Java虚拟机，Java源码编译的.class字节码文件运行在虚拟机上，而虚拟机往往由C/C++编写，那么两者是如何通信的呢？——JNI；
- 通过JNI, Java可以调用C/C++的代码，反过来亦然；
- JNI 是Java 语言的一部分，而非Android 平台特有；
作用：
- 提高效率：加密算法、图像处理、机器视觉等需要大量计算的逻辑，可以在C/C++中实现；
- 扩展JVM：扩展JVM的功能；
- 代码复用：复用C/C++平台上的代码，避免重复在Java上重复造轮子；

1.2. NDK：

NDK:
- Native Develop Kit，本地开发工具，是Google开发的一套方便开发者在Android 平台上开发Native 代码的工具；
- NDK 是Android 的一部分，与Java无直接关系；
作用：
- 方便快速：使用NDK自带的工具，快速对C/C++代码进行构建、编译和打包；
- 交叉编译：快速生成不同CPU平台的动态库；

2. NDK开发流程

在NDK的开发过程中，有两种形式——ndk-build和CMake，其实两种方式最终的目的都是一样，将C 或 C++（“原生代码”）嵌入到 Android 应用。只是CMake使用起来更加方便，同时Android官方也推荐在Android Studio 2.2及以上使用CMake。工具的本质就是方便人们进行日常活动，对比一下两者流程，方便开发过程进行技术选型。

2.1. ndk-build

下载和配置NDK：
ndk-build只是NDK工具包里面的一个脚本工具，帮忙调用NDK里面正确的构建脚本，路径在sdk/ndk-bundle目录下。
需要在Studio中下载与配置NDK：Settings–Appearance & Behavior–System Settings–Android SDK–SDK Tools。

Java中创建本地方法
在Java类HelloWorldJNI中创建本地方法：

public class HelloWorldJNI {

    // 加载Native动态库（so库），动态库的名称后面在mk文件中会使用到
    static {
        System.loadLibrary("helloworld_jni");
    }

    // 定义Native方法
    public native String getString();

    public native String setString(String text);
}

创建JNI文件目录并链接项目
在src\main 目录下创建 jni文件夹，JNI相关的编码都在讲在该文件下进行，有两种创建方式：
a. Android Studio UI下右击main文件下创建：

b. 手动创建jni文件：
在main文件夹手动创建jni文件夹，然后在项目的gradle中配置
```
android {
    ......
    externalNativeBuild {
        ndkBuild {
            path 'src/main/jni/Android.mk'
        }
    }
}
```
或者

两者效果一样，推荐使用方法a，简单快捷。

生成本地方法头文件
在命令终端Terminal中进入到项目的java文件目录中，如本例中的 DemoProjects\JNITest\src\main\java，执行命令：

javah -jni -encoding UTF-8 -d <你的工程目录>\DemoProjects\JNITest\src\main\jni com.wuzl.jnitest.HelloWorldJNI

-jni：表示生成jni格式的头文件；
-encoding：编码格式；
-d：头文件的输出路径；

javah 命令导出HelloWorldJNI的头文件（com_wuzl_jnitest_HelloWorldJNI.h）至jni文件目录中，重点来了！
头文件的命名规则为：
包名（.变成下划线）
其函数命名遵循如下规则：
Java_包名_类名_方法名

    /* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
    #include <jni.h>
    /* Header for class com_wuzl_jnitest_HelloWorldJNI */
    
    #ifndef _Included_com_wuzl_jnitest_HelloWorldJNI
    #define _Included_com_wuzl_jnitest_HelloWorldJNI
    #ifdef __cplusplus
    extern "C" {
    #endif
    /*
     * Class:     com_wuzl_jnitest_HelloWorldJNI
     * Method:    getString
     * Signature: ()Ljava/lang/String;
     */
    JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_wuzl_jnitest_HelloWorldJNI_getString
      (JNIEnv *, jobject);
    
    /*
     * Class:     com_wuzl_jnitest_HelloWorldJNI
     * Method:    setString
     * Signature: (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
     */
    JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_wuzl_jnitest_HelloWorldJNI_setString
      (JNIEnv *, jobject, jstring);
    
    #ifdef __cplusplus
    }
    #endif
    #endif

创建C/C++ 代码文件：
在jni目录下创建helloworld.cpp，然后导入上面生成的头文件，并实现头文件声明的两个本地方法

# include <jni.h>
# include <stdio.h>
#include <cstring>
# include "com_wuzl_jnitest_HelloWorldJNI.h"

# ifdef _cplusplus
extern "C"
{
# endif

    JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_wuzl_jnitest_HelloWorldJNI_getString(JNIEnv *env, jobject obj){
        return env -> NewStringUTF("Get Hello world JNI!");
    }

    JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_wuzl_jnitest_HelloWorldJNI_setString(JNIEnv *env, jobject obj, jstring str){
        char* jnistr = (char *) env->GetStringUTFChars(str, NULL);
        strcat(jnistr,": I am JNI");
        return env -> NewStringUTF(jnistr);
    }
# ifdef _cplusplus
}
# endif

创建配置文件：
在jni文件目录下配置Android.mk和Application.mk配置文件
Android.mk

# 当前模块路径，即Android.mk所在的文件目录
LOCAL_PATH       :=  $(call my-dir)

# 开始清除LOCAL_XXX变量
include              $(CLEAR_VARS)

# 动态库模块名称，Java代码中中加载动态库中使用System.loadLibrary("helloworld_jni");
LOCAL_MODULE     :=  helloworld_jni

# 编译的C/C++源文件，可多个，以空格隔开
LOCAL_SRC_FILES  :=  helloworld.cpp

# 开始动态编译生成动态库
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

Application.mk

# 需要编译的ABI
APP_ABI :=armeabi-v7a x86 x86_64

配置文件的详细选项可查看Google官网：
Android.mk, Application.mk

直接运行
可利用ndk-build命令工具生成so库：
在命令终端Terminal中进入到jni目录的父目录，直接执行ndk-build命令（需要将ndk目录添加到环境变量中）将会在当前目录下生成libs和obj文件目录，其中libs就是我们想要so库

小技巧：
ndk-build NDK开发流程讲得差不多了，但是有个小技巧可以分享给大家，在上述流程中，每次都需要输入命令来生成头文件和so库，而且有时候忘记命令了，其实AS提供了相关技巧来优化开发流程：
Settings–External Tools–“+”

其中 Program：javah所在的路径;
Arguments: 命令参数，此处为-jni -encoding UTF-8 -d $ModuleFileDir$ \src\main\jni $FileClass$ ；
Wroking directory：工作目录，此处为 $ModuleFileDir$ \src\main\java；
使用（右击定义Native方法的Java文件，选择External Tools-javah-jni，然后在jni文件下直接生成对应的头文件）：

2.2. CMake

CMake并不是什么新鲜的内容，脱离Android来说，CMake是一个跨平台的安装编译工具，通过简单的脚本语句描述不同平台的编译过程，已经运用在UNIX和WindowW系统中。

Google在AS2.2版本上开始支持CMake，并提倡在AS 2.2及以上版本使用CMake进行JNI开发，在上述使用ndk-build开发过程中发现，需要的步骤特别多，比如生成头文件、配置Android.mk, Application.mk文件，并需要了解其中mk各种繁琐的配置项，而使用CMake进行开发可以省略这些步骤。

官网已经给出非常详细的使用过程：向您的项目添加 C 和 C++ 代码

如果是新建项目使用CMake进行JNI开发，非常简单，在创建新项目的时向导面板中选中 Include C++ Support 复选框即可，AS会创建一个简单的DEMO供使用参考。
但是我们大多数都是需要在已存在的项目中进行JNI的开发，下面将以此作为讲解。

创建CMakeLists.txt配置文件
在项目根目录下创建CMakeLists.txt配置文件

# CMake 最小工具版本要求，可通过SDK Manager 查看CMake的本地版本
# 该版本对Gradle有要求，比如3.10 版本需要Gragle 4.10+version才行
cmake_minimum_required(VERSION 3.6)

add_library( # Sets the name of the library.
             # 动态库的名称，与ndk-build中Android.mk 的模块名一样
             # 最终编译出来的动态库名称为：lib+library name
             helloworld

             # Sets the library as a shared library.
             # 编译库的类型，有静态库、动态库、和模块库
             SHARED

             # Provides a relative path to your source file(s).
             # C/C++ 源文件
             src/main/cpp/helloworld.cpp)

# Searches for a specified prebuilt library and stores the path as a
# variable. Because CMake includes system libraries in the search path by
# default, you only need to specify the name of the public NDK library
# you want to add. CMake verifies that the library exists before
# completing its build.
# 找到依赖库，比如下面将系统log-lib链接到helloworld动态库
find_library( # Sets the name of the path variable.
        log-lib

        # Specifies the name of the NDK library that
        # you want CMake to locate.
        log )

# Specifies libraries CMake should link to your target library. You
# can link multiple libraries, such as libraries you define in this
# build script, prebuilt third-party libraries, or system libraries.
# 配置库的链接
target_link_libraries( # Specifies the target library.
        helloworld

        # Links the target library to the log library
        # included in the NDK.
        ${log-lib} )

这个是最最基本的CMake的配置，CMake还可以做很多强大的配置选项，详情可查看CMake的官方文档（https://cmake.org/documentation/）

创建C/C++源文件
在main目录（当然目录可以自己选择）下创建cpp文件夹，然后在该文件夹下创建helloworld.cpp源文件，与ndk-build一致：

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

extern "C" {
    JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_wuzl_cmake_HelloWorldJNI_getString(JNIEnv *env, jobject obj){
        return env -> NewStringUTF("Get Hello world JNI");
    }

    JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_wuzl_cmake_HelloWorldJNI_setString(JNIEnv *env, jobject obj, jstring str){
        char* jnistr = (char *) env->GetStringUTFChars(str, NULL);
        strcat(jnistr,": I am JNI by CMake building");
        return env -> NewStringUTF(jnistr);
    }
}

链接项目
右击项目，选择Lick C++ Project with Gradle，然后在弹出来的选项里选择CMake并选择上面配置好的CMakeLists.txt
运行查看结果

3. 总结

NDK开发的两种流程：

ndk-build+Android.mk+Application.mk
CMake+CMakeLists.txt

两者只是构建的脚本和命令不同而已，但是个人感觉CMake更加方便和简洁
Google推荐使用CMake进行JNI的开发，而且CMake的配置更加强大，其官方文档可查阅使用的细节（https://cmake.org/documentation/）。

最后上DEMO：https://github.com/PlepleLiang/JNIDemo

参考：
https://blog.csdn.net/quwei3930921/article/details/78820991
https://juejin.im/post/5a67dcdb518825732c53b338
https://developer.android.com/studio/projects/add-native-code?hl=zh-cn