Android JNI开发流程介绍

1.什么是JNI

JNI全称是Java Native Interface，中文称为Java本地接口。JNI是JAVA语言和C/C++语言沟通的协议，通过JNI，Java代码可以调用C、C++等语言写的代码，或者反过来C、C++等语言代码通过JNI调用Java 写的代码。

为什么使用JNI？

我们知道，Java语言的特性是一次编写，到处运行，跨平台是Java的优点，但有得就有失，跨平台的特性导致了Java和底层交互能力不够强大，而这正是C/C++语言所擅长的，另一方面，Java通过JNI可以复用大量现有的C/C++库文件，避免重复造轮子。

2.什么是NDK

NDK全称是Native Develop Kit，可译为本地开发套件，NDK是Android提供的工具集，用于进行C/C++的开发。

JNI和NDK又是什么关系？

JNI是一个接口协议，NDK是一个开发套件，他们之间有个共同点是英文都包含Native（本地）,都和C/C++语言扯上关系，不过以这两点硬说他们有关系就有点太勉强了，事实上，JNI是Java的，NDK是Android的，两者没有相互依存关系，硬要说有什么关系的话，就是使用NDK，可在Android中快速开发符合JNI接口要求的C/C++动态库，方便Java调用。

可能有人会问了，Android开发语言不是Java语言，为何还另外提供C/C++语言开发工具？

要知道，Android开发语言虽然是Java，但内核是Linux，而Linux核心库是用C/C++编写，因此Google提供NDK工具，方便开发者和核心库交互。不过，一般开发纯业务的应用，不会涉及到NDK，如果涉及到以下需求则需要用到NDK：

1、提供代码安全性。因为so库文件反编译较难，将核心代码封装成so库文件，大大提高了代码的安全性；
2、便于平台间移植其应用。通过NDK，开发人员可以方便生成指定平台的动态库；
3、重复使用现有C/C++开源库；
4、提升程序执行效率，特别是一些计算密集型应用。

3.JNI开发流程

以两个数相加作为例子，两个数相加使用C/C++实现，再通过JNI调用。这和日常生活中的外包流程很类型，Java自己不想做，发了一个外包需求，C接下了这个活。

第一步：第一步是Java发布需求。首先创建包名为com.test.jnitest的工程，在工程中创建名为JNIUtils的class，并在类中声明一个native方法。代码如下：

package com.test.jnitest;

public class JNIUtils {

    static
    {
        //加载动态库，即加法实现所在的链接库。
        System.loadLibrary("jni_method");
    }

    //native关键字提示该方法由本地方法实现
    public static native int add(int a,int b);

}

native关键字表示这是一个要外包实现的函数，那么C完成外包工作后以什么形式给Java交差呢，用so库文件，然后Java通过System.loadLibrary(“jni_method”)加载，so库文件名jni_method值随意，只要Java和C之间约定好就行。

第二步：这一步还是Java这边的，是Java这边拿到C交差工作后做的事。我们要实现的功能是在两个文本框分别输入两个数字后，点击相加按钮，然后代码调用C完成的两个数进行相加功能，并把结果显示在界面上，界面布局xml代码如下：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    tools:context=".MainActivity">```

    <EditText
        android:id="@+id/etNum1"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="120"
        app:layout_constraintStart_toStartOf="parent"
        app:layout_constraintTop_toTopOf="parent" />

    <EditText
        android:id="@+id/etNum2"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:layout_marginStart="60dp"
        android:text="240"
        app:layout_constraintStart_toStartOf="parent"
        app:layout_constraintTop_toTopOf="parent" />

    <Button
        android:id="@+id/bAdd"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:layout_marginStart="120dp"
        android:text="加"
        app:layout_constraintStart_toStartOf="parent"
        app:layout_constraintTop_toTopOf="parent" />

    <TextView
        android:id="@+id/textView"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="相加结果"
        app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"
        app:layout_constraintLeft_toLeftOf="parent"
        app:layout_constraintRight_toRightOf="parent"
        app:layout_constraintTop_toTopOf="parent" />

</androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout>

Activity里调用本地相加代码如下：

package com.test.jnitest;

import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity;

import android.os.Bundle;
import android.view.View;
import android.widget.Button;
import android.widget.EditText;
import android.widget.TextView;

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    Button Add;
    EditText Num1;
    EditText Num2;
    TextView Result;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        Add=findViewById(R.id.bAdd);
        Num1=findViewById(R.id.etNum1);
        Num2=findViewById(R.id.etNum2);
        Result=findViewById(R.id.tvResult);
        Add.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {

            @Override
            public void onClick(View v) {

                String sN1=Num1.getText().toString().trim();

                String sN2=Num2.getText().toString().trim();

                int iN1 = Integer.parseInt(sN1);

                int iN2 = Integer.parseInt(sN2);

                //调用本地方法进行相加
                int iResult=JNIUtils.add(iN1,iN2);

                //记得不要直接打印Result.setText(iResult)，这样代码会认为iResult是个     资源ID
                Result.setText(“相加结果”+iResult);

            }
        });
    }

}

第三步：Java这边代码是准备好了，接下来的工作是把外包工作布置给C的过程，因为Java和C是两种语言，他们之间不能直接沟通，需要做一下处理，以下就是沟通过程：首先编译Java源文件得到.class文件，方法是点击Visual Studio的Build菜单下的Make Project，然后在下图的路径找到生成的.class文件，注意，该路径和有些博客所说的不一致，他们生成的.class文件路径在intermediates的classes文件夹下。

-第四步：生成.class文件C语言还是看不懂，因此还是再做一次处理，处理方式是通过.class文件得到C的头文件，这样C语言就能看懂了，生成头文件使用javah命令，可以在终端中执行(我的是MAC)或者使用Android Studio里的终端，两者其实一样。首先进入在终端里进入classes路径下，注意一定要在classes这一级目录，不然会提示找不到class文件。我的环境是：
/Users/lan/AndroidStudioProjects/JNITest/app/build/intermediates/javac/debug/classes，然后执行命令:

javah -jni -cp . com.test.jnitest.JNIUtils

注：命令应包含完整的包名，并且.class文件不能带“.class”后缀，另外之前按照网上其他博客的命令，一直报找不到类的错误，加上-cp参数解决

执行命令成功后，即可得到.h文件，如下图所示。
h文件路径
生成得到的.h文件内容如下：

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class com_test_jnitest_JNIUtils */

#ifndef _Included_com_test_jnitest_JNIUtils
#define _Included_com_test_jnitest_JNIUtils
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     com_test_jnitest_JNIUtils
 * Method:    add
 * Signature: (II)I
 */
JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_test_jnitest_JNIUtils_add
  (JNIEnv *, jclass, jint, jint);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

-第五步：得到头文件后，就可以根据.h文件，实现对应的C代码。在java目录下，新建一个jni文件夹，将生产的.h文件拷贝到这个目录下，然后新建一个名为JNIUtils的C文件，在该代码中实现头文件声明的函数，代码实现如下：
c文件示意图

#include <jni.h>
#include "com_test_jnitest_JNIUtils.h"

JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_test_jnitest__ADD
  (JNIEnv *jnienv, jclass obj, jint num1, jint num2)
  {
  return num1+num2;
  }

-第六步：C代码实现后，已经实现了Java发布的外包需求，接下来的工作是C以Java看得懂的形式交差外包工作，在第一步中Java已经说明了，给他交差工作用so库文件的形式，因此接下来的工作就是想办法生成so库文件。首先在jni目录下创建Android.mk文件，Android.mk作用是指定源码编译的配置信息，Android.mk内容如下：

LOCAL_PATH := $(call my-dir)

include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_MODULE    := jni_cal

LOCAL_SRC_FILES := JNITool.c

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

其中

LOCAL_PATH := $(call my-dir)得到Android.mk文件本身所在的路径，宏my-dir则由编译系统提供，返回当前目录（Android.mk 文件本身所在的目录）的路径；
include $(CLEAR_VARS) 宏CLEAR_VARS 变量由编译系统提供。并指向一个指定的GNU Makefile，由它负责清理LOCAL_PATH之外的LOCAL_xxx，例如：LOCAL_MODULE, LOCAL_SRC_FILES, LOCAL_STATIC_LIBRARIES等。为什么要执行这个清理操作，因为所有的编译控制文件由同一个GNU Make解析和执行，其变量是全局性的，清理后才能避免相互影响，因此在描述每个库之前，必须有该声明；
LOCAL_MODULE:=jni_method 表示的是要生成的库，这个库就是在java里加载的库，每个库名称必须唯一，且不含任何空格。编译系统在生成最终的库名称里自动添加lib前缀和so后缀。例如，上述示例会生成名为libjni_cal.so，如果在LOCAL_MODULE定义的名称已经带lib了，则编译系统不会再添加lib前缀，例如名称是libmodule，那么编译系统输出的是libmodule.so，而不是liblibmodule.so；
LOCAL_SRC_FILES :=JNIUtils.c包含要编译到库中的 C 和/或 C++ 源文件列表，不必列出头文件，编译系统会自动帮我们找出依赖文件；
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)，其中BUILD_SHARED_LIBRARY 变量指向一个GNU Makefile脚本，该脚本会收集您自最近include以来在 LOCAL_XXX 变量中定义的所有信息。此脚本确定要编译的内容以及编译方式：
- BUILD_STATIC_LIBRARY：编译为静态库
- BUILD_SHARED_LIBRARY：编译为动态库
- BUILD_EXECUTABLE：编译为Native C 可执行程序
- BUILD_PREBUILT：该模块已经预先编译
  最后一行帮助系统将所有内容连接到一起：

第七步，在jni目录下创建Application.mk文件，其中内容就一句话：APP_ABI:=all。在上一步中，Android.mk解决的问题是编译谁，但还没解决编译出来给哪个平台用，这是Application.mk要做的工作，常见的平台有Arm,x86，MIPS，配置方法是在APP_ABI字段设置成对应的值，例如如果想配置成基于Arm平台的so文件，则APP_ABI := armeabi，至于要生成哪个平台，这就看Java代码准备运行在哪个平台了，我这里设置成配置支持所有平台，对应的字段是APP_ABI := all。

第八步，到目前为止，生成so文件的准备工作已经差不多了，接下来要做的则是使用NDK工具生成so文件。关于配置NDK环境不再赘述（折腾过程可以写成一篇博客了），这里假设NDK环境已经配置好了。生成NDK过程很简单：在终端进入到jni目录，终端在Android Studio底部，进到目录后，输入ndk-build命令，编译成功后，在src/main/会多了两个文件夹libs & obj，其中libs下存放的是生成的so库文件，因为我在Application.mk设置的全平台，因此生成所有平台的so文件，如果Application.mk设置成特定平台，则只生成特定平台的so文件。拿到so文件后，C可以给Java交差任务了。
生成so库文件路径
第九步，这一步要做的工作把so库文件交给Java。首先在src/main/中创建一个名为jniLibs的文件夹，并将上一步生成的so文件夹放到该目录下，这里有两点需要注意一下，一是因为要拷贝哪些so库，需要看Android程序准备运行在哪些平台上，如果拷贝的so库文件不正确，则应用不能正常安装，会提示ABI不匹配错误，因为我的模拟器是x86平台，因此我拷贝了x86平台的so库文件到jniLibs下，二是拷贝文件是文件夹一起拷贝，不能单拷贝单个so文件到jniLibs下。

第十步，因为在第一步时，Java端的代码已经准备好了，现在so库文件也拷贝到指定目录下，Java代码可以直接运行，下图是在模拟器上运行的效果。
运行效果

4.总结

把JNI开发流程当成Java和C之间的一次外包需求开发理解起来就容易了，首先是Java发布需求，使用native关键字声明函数由外包实现，并声明了外包任务交差以so库文件的形式，Java外包任务通过头文件的形式交给C语言，之后C语言实现后，再想办法生成so库文件来交差任务，最后将so库文件拷贝到指定目录下，Java能正常加载，整个流程也到处结束。
在这里插入图片描述

风行南方

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