系列文章解读&说明：
Android系统核心机制基础 的 分析主要分为以下部分：
（01）智能指针wp & sp
（02）Thread类解析
（03）Thread同步机制
（04）handler message机制 java
（05）handler使用案例(Java)
（06）handler message机制 Native
（07）AsyncChannel机制浅析
（08）JNI 基础
（09）Android 添加新模块
本模块分享的内容：JNI 基础
本章关键点总结 & 说明：
这里导图主要关注➕左上角 JNI基础部分即可。主要从注册、数据类型、签名、垃圾回收、异常处理几个角度解读了下JNI基础，因为这张图有点大，因此JNI部分单独截了个图，如下所示：
这样就清晰多了。接下来我么继续解读JNI，JNI是Java Native Interface的缩写，通过该计数可实现java方法与Native层方法相互调用。这里以MediaScanner为例分析下JNI。首先看下图：
说明：
- Java层的MediaScanner类有一些函数是需要由Native层实现
- JNI层对应的是libmedia_jni.so
- Native层对应的是libmedia.so，该库完成实际功能
- MediaScanner Java层将通过libmedia_jni.so和Native的libmedia.so交互
MediaScanner功能：扫描媒体文件，得到媒体信息，存入到媒体数据库，供其他应用程序使用
首先从java层入手，构造器代码如下：
public class MediaScanner
{
static {
//加载JNI库
System.loadLibrary("media_jni");
//native方法
native_init();
}
//native关键字：由native层完成，java层仅声明
private static native final void native_init();
//...
}由此总结下，JNI技术对于Java层来说，只要完成下面两项工作即可使用JNI，分别是：
- 加载对应的JNI库。
- 声明由关键字native修饰的函数。
继续分析 JNI层对应的native_init代码，android_media_MediaScanner.cpp中实现如下：
static void android_media_MediaScanner_native_init(JNIEnv *env)
{
ALOGV("native_init");
jclass clazz = env->FindClass(kClassMediaScanner);
if (clazz == NULL) {
return;
}
fields.context = env->GetFieldID(clazz, "mNativeContext", "J");
if (fields.context == NULL) {
return;
}
}这里关注下，如何知道Java层的native_init函数对应的是JNI层的android_media_MediaScanner_native_init？一定是哪里做了关联，实际上是因为注册了JNI函数，接下来对注册JNI进行解读
1 JNI注册解读
native_init函数位于android.media这个包中，它的全路径名应该是android.media.MediaScanner.native_init，而JNI层函数的名字是android_media_MediaScanner_native_init。因为在Native语言中，符号“.”有着特殊的意义，所以JNI层需要把“.”换成“_”。也就是通过这种方式，native_init找到了自己JNI层的本家兄弟android.media.MediaScanner.native_init
“注册”之意就是将Java层的native函数和JNI层对应的实现函数关联起来，而JNI函数的注册实际上有两种方法：
@1 静态注册
编写Java代码，编译生成.class文件，使用Java的工具程序javah，如：javah –o output packagename.classname
这样它会生成一个叫output.h的JNI层头文件。其中packagename.classname是Java代码编译后的class文件，而在生成的output.h文件里，声明了对应的JNI层函数，只要实现里面的函数即可。这个头文件的名字一般都会使用packagename_class.h的样式，例如MediaScanner对应的JNI层头文件就是android_media_MediaScanner.h。这种方式生成的头文件如下：
#include <jni.h> //必须包含这个头文件，否则编译通不过
#ifndef _Included_android_media_MediaScanner
#define _Included_android_media_MediaScanner
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
//...
//native_init对应的JNI函数
JNIEXPORT void JNICALLJava_android_media_MediaScanner_native_1init(JNIEnv*, jclass);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif从上面代码中可以发现，native_init的JNI层函数被声明成：
//Java层函数名中如果有一个”_”的话，转换成JNI后就变成了”_l”
JNIEXPORT void JNICALLJava_android_media_MediaScanner_native_1init静态注册的过程总结：Java层调用native_init函数时，会从对应JNI库Java_android_media_MediaScanner_native_linit查找方法，如果找到，会为这个native_init和Java_android_media_MediaScanner_native_linit建立关联关系，保存JNI层函数的函数指针。以后再调用native_init函数时，直接使用这个函数指针。
同时，静态方法就是根据函数名来建立Java函数和JNI函数之间的关联关系的，它要求JNI层函数的名字必须遵循特定的格式。这种方法也有几个弊端，它们是：
- 编译所有声明native函数的Java类，每个生成的class文件都得用javah生成一个头文件。
- javah生成的JNI层函数名特别长，书写起来很不方便。
- 初次调用native函数时要根据函数名字搜索对应的JNI层函数来建立关联关系，这样会影响运行效率。
根据上面的介绍，Java native函数是通过函数指针来和JNI层函数建立关联关系的。如果直接让native函数知道JNI层对应函数的函数指针，会更方便。因此 接下来谈谈 动态注册法
@2 动态注册
Java native函数数和JNI函数是一一对应，在JNI技术中，有一种结构JNINativeMethod用来记录这种关系，定义如下：
typedef struct {
//Java中native函数的名字，不用携带包的路径。例如“native_init“。
constchar* name;
//Java函数的签名信息，用字符串表示，是参数类型和返回值类型的组合。
const char* signature;
void* fnPtr; //JNI层对应函数的函数指针，注意它是void*类型。
} JNINativeMethod;看MediaScanner JNI层如何使用该结构体,对应结构体代码如下：
static JNINativeMethod gMethods[] = {
//...
{
"native_init",
"()V",
(void *)android_media_MediaScanner_native_init
},
//...
{
"native_finalize",
"()V",
(void *)android_media_MediaScanner_native_finalize
},
};注册使用的方法如下：
int register_android_media_MediaScanner(JNIEnv *env)
{
return AndroidRuntime::registerNativeMethods(env,
kClassMediaScanner, gMethods, NELEM(gMethods));
}
AndroidRunTime类提供了一个registerNativeMethods函数完成注册工作，代码如下：
int AndroidRuntime::registerNativeMethods(JNIEnv* env,
const char* className, const JNINativeMethod* gMethods, int numMethods)
{
return jniRegisterNativeMethods(env, className, gMethods, numMethods);
}其中jniRegisterNativeMethods是Android平台中，为了方便JNI使用而提供的一个帮助函数，其代码如下所示：
int jniRegisterNativeMethods(JNIEnv* env, constchar* className,constJNINativeMethod* gMethods, int numMethods)
{
jclassclazz;
//关键点1，寻找全路径，查找类名
clazz= (*env)->FindClass(env, className);
//...
//关键点2，实际调用JNIEnv的RegisterNatives函数完成注册
if((*env)->RegisterNatives(env, clazz, gMethods, numMethods) < 0) {
return -1;
}
return0;
}这里关键点有2个，如上代码所示，在自己的JNI层代码中使用这种方法，就可以完成动态注册。
动态注册的函数如何被调用？当Java层通过System.loadLibrary加载完JNI动态库后，接着会查找该库中一个叫JNI_OnLoad的函数，如果有就调用它，而动态注册的工作就是在这里完成的。所以，如果想使用动态注册方法，就必须要实现JNI_OnLoad函数，只有在这个函数中，才有机会完成动态注册的工作。静态注册则没有这个要求。那么会过来，libmedia_jni.so的JNI_OnLoad函数是如何实现呢，代码如下：
//该函数的第一个参数类型为JavaVM,这可是虚拟机在JNI层的代表喔，每个Java进程只有一个这样的JavaVM
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* /* reserved */)
{
JNIEnv* env = NULL;
jint result = -1;
if (vm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
ALOGE("ERROR: GetEnv failed\n");
goto bail;
}
assert(env != NULL);
//动态各种注册函数...
if (register_android_media_MediaCodecList(env) < 0) {
ALOGE("ERROR: MediaCodec native registration failed");
goto bail;
}
//动态各种注册函数...
/* success -- return valid version number */
result = JNI_VERSION_1_4;
bail:
return result;
}注意：JNI层代码中一般要包含jni.h这个头文件。Android源码中提供了一个帮助头文件JNIHelp.h，它内部其实就包含了jni.h，所以我们在自己的代码中直接包含这个JNIHelp.h即可。
2 数据类型转换
在Java中调用native函数传递的参数是Java数据类型，分为基本数据类型和引用数据类型两种，JNI层也是区别对待这二者的。
2.1 基本数据类型转换
注意：转换成Native类型后对应数据类型的字长，例如jchar在Native语言中是16位，占两个字节，这和普通的char占一个字节的情况完全不一样。
2.2 引用数据类型转换
这里除了Java中基本数据类型的数组、Class、String和Throwable外，其余所有Java对象的数据类型在JNI中都用jobject表示。如果对象类型都用jobject表示，就好比是Native层的void*类型一样，对码农来说，是完全透明的。既然是透明的，那如何使用和操作呢？先看这组函数的参数对比：
//Java层processFile有三个参数。
processFile(String path, StringmimeType,MediaScannerClient client);
//JNI层对应的函数，最后三个参数和processFile的参数对应。
android_media_MediaScanner_processFile(JNIEnv*env, jobject thiz,
jstring path, jstring mimeType, jobject client)这里专注于android_media_MediaScanner_processFile的前两个参数，
第一个参数：JNIEnv，接下来开始解读
第二个参数：jobject代表Java层的MediaScanner对象，它表示是在哪个MediaScanner对象上调用的processFile。如果Java层是static函数，那么这个参数将是jclass，表示是在调用哪个Java Class的静态函数。
接下来解读 JNIEnv
@1 JNI介绍
JNIEnv是一个和线程相关的，代表JNI环境的结构体，JNIEnv提供了一些JNI系统函数。通过这些函数可以做到：调用Java的函数
和操作jobject对象，在之前JNI_OnLoad函数中，第一个参数是JavaVM，不论进程中有多少个线程，JavaVM却是独此一份；而JavaVM和JNIEnv的关系就如进程与线程一般，说的详细一点，如下：
- 调用JavaVM的AttachCurrentThread函数，得到这个线程的JNIEnv结构体，就可以在后台线程中回调Java函数
- 后台线程退出前，需要调用JavaVM的DetachCurrentThread函数来释放对应的资源。
@2 操作jobject
先从另外一个角度来解释这个问题。一个Java对象是它的成员变量和成员函数组成。那么操作jobject的本质就应当是操作这些对象的成员变量和成员函数。因此这里从jfieldID和jmethodID的介绍和使用来解读。
@@2.1 jfieldID和jmethodID的介绍
在JNI规则中，用jfieldID 和jmethodID 来表示Java类的成员变量和成员函数，它们通过JNIEnv的下面两个函数可以得到：
jfieldID GetFieldID(jclass clazz,const char*name, const char *sig);
jmethodID GetMethodID(jclass clazz, const char*name,const char *sig);参数中jclass代表Java类，name表示成员函数或成员变量的名字，sig为这个函数和变量的签名信息。成员函数和成员变量都是类的信息，这两个函数的第一个参数都是jclass。jmethodID的获取案例如下所示：
MyMediaScannerClient(JNIEnv *env, jobjectclient)......
{
//先找到android.media.MediaScannerClient类在JNI层中对应的jclass实例。
jclass mediaScannerClientInterface =
env->FindClass("android/media/MediaScannerClient");
//取出MediaScannerClient类中函数scanFile的jMethodID。
mScanFileMethodID = env->GetMethodID(mediaScannerClientInterface, "scanFile",
"(Ljava/lang/String;JJ)V");
//...
}@@2.2 jfieldID和jmethodID的使用
取出jmethodID后，使用案例如下：
virtualbool scanFile(const char* path, long long lastModified,long long fileSize)
{
jstring pathStr;
if((pathStr = mEnv->NewStringUTF(path)) == NULL) return false;
/*
调用JNIEnv的CallVoidMethod函数：
第一个参数：MediaScannerClient的jobject对象，
第二个参数：函数scanFile的jmethodID，后面是Java中scanFile的参数。
*/
mEnv->CallVoidMethod(mClient, mScanFileMethodID, pathStr,lastModified, fileSize);
mEnv->DeleteLocalRef(pathStr);
return (!mEnv->ExceptionCheck());
}通过JNIEnv输出的CallVoidMethod，再把jobject、jMethodID和对应参数传进去，JNI层就能够调用Java对象的函数。事实上JNIEnv输出了一系列类似CallVoidMethod的函数，形式为：
NativeType Call<type>Method(JNIEnv *env,jobject obj,jmethodID methodID, ...)。同样，对于jfieldID操作jobject的成员变量，形式如下：
//获得fieldID后，可调用Get<type>Field系列函数获取jobject对应成员变量的值。
NativeType Get<type>Field(JNIEnv *env,jobject obj,jfieldID fieldID)
//或者调用Set<type>Field系列函数来设置jobject对应成员变量的值。
void Set<type>Field(JNIEnv *env,jobject obj,jfieldID fieldID,NativeType value)综上，JNI函数中在被调用时，第一个参数JNIEnv表示对应线程，第二个thiz表示对应类的java对象。
2.3 jstring类型特殊说明
Java中的String也是引用类型，由于使用非常频繁，在JNI规范中单独创建了一个jstring类型来表示Java中的String类型。一般我们会依靠JNIEnv来操作jstring，看几个有关jstring的函数：
- 调用JNIEnv的NewString(JNIEnv *env, const jchar*unicodeChars,jsize len)，可以从Native的字符串得到一个jstring对象。
- 调用JNIEnv的NewStringUTF将根据Native的一个UTF-8字符串得到一个jstring对象
上面两个函数将本地字符串转换成Java的String对象，JNIEnv还提供了GetStringChars和GetStringUTFChars函数，将Java String对象转换成本地字符串。
- GetStringChars得到一个Unicode字符串
- GetStringUTFChars得到一个UTF-8字符串。
注意：做完相关工作后，调用ReleaseStringChars或ReleaseStringUTFChars函数来释放资源，否则会导致JVM内存泄露。
一个使用案例如下：
static void android_media_MediaScanner_processFile(JNIEnv*env, jobject thiz, jstring path, jstring mimeType, jobject client)
{
MediaScanner *mp = (MediaScanner *)env->GetIntField(thiz,fields.context);
//...
//调用JNIEnv的GetStringUTFChars得到本地字符串pathStr
constchar *pathStr = env->GetStringUTFChars(path, NULL);
//...
//使用完后，必须调用ReleaseStringUTFChars释放资源
env->ReleaseStringUTFChars(path, pathStr);
//...
}3 类型签名
3.1 为什么需要签名sig？
因为Java支持函数重载，可以定义同名但不同参数的函数。但仅仅根据函数名，是没法找到具体函数的。为了解决这个问题，JNI技术中就使用了参数类型和返回值类型的组合，作为一个函数的签名信息，有了签名信息和函数名，就能很顺利地找到Java中的函数。
3.2 JNI规范定义的函数格式案例
它的格式是：(参数1 类型标示 参数2 类型标示 ...参数n 类型标示) 返回值类型标示
以案例进行说明：
void processFile(String path, String mimeType)
对应的JNI函数签名就是
(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;Landroid/media/MediaScannerClient;)V解读：括号内是参数类型的标示，最右边是返回值类型的标示，void类型对应的标示是V。当参数的类型是引用类型时，其格式是”L包名;”，其中包名中的”.”换成”/”。上面例子中的Ljava/lang/String;表示是一个Java String类型。
常见的函数签名格式如下：
同时给出 几个签名案例：
虽然函数签名信息很容易写错，但Java提供一个叫javap的工具能帮助生成函数或变量的签名信息，用法如下：
javap –s -p xxx。其中xxx为编译后的class文件，s表示输出内部数据类型的签名信息，p表示打印所有函数和成员的签名信息，而默认只会打印public成员和函数的签名信息。
4 垃圾回收
为了解决垃圾回收问题，JNI技术一共提供了三种类型的引用，它们分别是：
- Local Reference：本地引用。在JNI层函数中使用的非全局引用对象都是Local Reference。它包括函数调用时传入的jobject、在JNI层函数中创建jobject。LocalReference在JNI层函数返回后，这些jobject就可能被垃圾回收。
- Global Reference：全局引用，这种对象如不主动释放，就永远不会被垃圾回收，留意主动释放即可。
- Weak Global Reference：弱全局引用，一种特殊的GlobalReference，在运行过程中可能会被垃圾回收。所以在程序中使用它之前，需要调用JNIEnv的IsSameObject判断它是不是被回收了。
5 异常处理
JNI中也有异常，只是和C++、Java的不一样。当调用JNIEnv的某些函数出错产生异常，它不会中断本地函数的执行，直到从JNI层返回到Java层后，虚拟机才会抛出这个异常。虽然在JNI层中产生的异常不会中断本地函数的运行，但一旦产生异常后，就只能做一些资源清理工作了（例如释放全局引用，或者ReleaseStringChars）。如果这时调用除上面所说函数之外的其他JNIEnv函数，则会导致程序死掉。这里给出一个简单的异常案例，代码如下：
virtualbool scanFile(const char* path, long long lastModified,long long fileSize)
{
jstring pathStr;
//NewStringUTF调用失败后，直接返回。
if((pathStr = mEnv->NewStringUTF(path)) == NULL) return false;
//...
}JNI层函数可以在代码中截获和修改这些异常，JNIEnv提供了三个函数进行帮助：
- ExceptionOccured函数，用来判断是否发生异常。
- ExceptionClear函数，用来清理当前JNI层中发生的异常。
- ThrowNew函数，用来向Java层抛出异常。
同时 关注JDK文档中的《Java Native Interface Specification》，它是深入学习JNI的权威指南。