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-- 发布时间：2010-12-3 11:15:40
-- JNI技术与Android应用
1. 什么是 JNI
JNI是Java Native Interface的缩写。从Java 1.1开始，JNI标准成为java平台的一部分，它允许Java和其他语言进行交互。JNI一开始为C和C++而设计的，但是它并不妨碍你使用其他语 言，只要调用约定受支持就可以了。使用java与本地已编译的代码交互，通常会丧失平台可移植性。但是，有些情况下这样做是可以接受的，甚至是必须的，比 如，使用一些旧的库，与硬件、操作系统进行交互，或者为了提高程序的性能。关于 JNI 的用法很简单，有点像 java 里的 reflect 的工作机制，有兴趣的朋友可以参看Java 本地接口规范 http://linux.computersci.net/art ... pec/jniTOC.doc.html
2. Jni程序开发的一般操作步骤如下：
(1) 编写带有native声明的方法的java类
(2) 使用javac 或 IDE(JBuilder,eclipse等)编译所编写的java类
(3) 使用javah -jni java类名生成扩展名为h的头文件
(4) 使用C++ 实现本地方法,对调用签名可用 javap –s –p [类全名] 查看（开发 C++ 动态链接库本例是用的 VC6）
注意要从 JDK下面的 include 文件夹中把 jni.h和 jni_md.h 两个文件 copy 到你的 VC 工程里
(5) 在 Java 中 load 动态链接库文件，调用 native 方法.
或者说将项目依赖的所有原生库和资源加入到java项目的java.library.path，生成java程序
3. 开发实例
(1). 编写 Java 类:
package org.jm.jni;
import java.util.ArrayList;
public class BackgroundProcess {
static {
System.loadLibrary("org_jm_jni_BackgroundProcess");
}
// 三个 native 方法和一个 int 变量
public native boolean checkValid();
public native void processData(BackgroundProcess bg);
public native void processGarbage(String[] bg);
public int num = 5;
// C++ 中可以调用的方法
public String backProcess(ArrayList<String> p) {
System.out.println("这是 Java 里的方法，在 C++ 中调用。");
System.out.println("这个方法，是 java 中 native checkValid 方法调用的。");
return "look up process ->" + p;
}
public static void main(String[] args) {
String[] array = new String[4];
array[0] = "jack";
array[1] = "maggie";
array[2] = "rocket";
array[3] = "tom";
BackgroundProcess bgP = new BackgroundProcess();
// 调用 C++ DLL 中定义的方法。
bgP.checkValid();// 该方法回调 java 中的 backProcess 方法,即java::checkValid->c++::checkValid->java::backProcess
bgP.processData(bgP);
bgP.processGarbage(array);
// C++ DLL 改变了该变量
System.out.println("number 现在的值是: " + bgP.num);
}
}
2. 生成 C++ 的头文件（javah 命令生成，用javap –s –p [类全名] 命令查看java 方法签名）
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include "jni.h"
/* Header for class org_jm_jni_BackgroundProcess */
#ifndef _Included_org_jm_jni_BackgroundProcess
#define _Included_org_jm_jni_BackgroundProcess
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* Class: org_jm_jni_BackgroundProcess
* Method: checkValid
* Signature: ()Z
*/
JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_org_jm_jni_BackgroundProcess_checkValid
(JNIEnv *, jobject);
/*
* Class: org_jm_jni_BackgroundProcess
* Method: processData
* Signature: (Lorg/jm/jni/BackgroundProcess;)V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_org_jm_jni_BackgroundProcess_processData
(JNIEnv *, jobject, jobject);
/*
* Class: org_jm_jni_BackgroundProcess
* Method: processGarbage
* Signature: ([Ljava/lang/String;)V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_org_jm_jni_BackgroundProcess_processGarbage
(JNIEnv *, jobject, jobjectArray);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
这里JNIEXPORT和JNICALL都是JNI的关键字，表示此函数是要被JNI调用的。例如jint是以JNI为中介使JAVA的int类型与本地 的int沟通的一种类型，我们可以视而不见，就当做int使用。函数的名称是JAVA_再加上java程序的package路径再加函数名组成的。参数 中，我们也只需要关心在JAVA程序中存在的参数，至于JNIEnv*和jclass我们一般没有必要去碰它。
3. 开发 C++ DLL 的原文件 (记得要加入 jni.h 和 jni_md.h 两个文件)
发布 DLL 文件, 我是配置了 path 环境变量
#include "org_jm_jni_BackgroundProcess.h"
#include <iostream.h>
#include <windows.h>
#include "string.h"
char* jstringTostring(JNIEnv* env, jstring jstr)
{
char* rtn = NULL;
jclass clsstring = env->FindClass("java/lang/String");
jstring strencode = env->NewStringUTF("utf-8");
jmethodID mid = env->GetMethodID(clsstring, "getBytes", "(Ljava/lang/String;)[B");
jbyteArray barr= (jbyteArray)env->CallObjectMethod(jstr, mid, strencode);
jsize alen = env->GetArrayLength(barr);
jbyte* ba = env->GetByteArrayElements(barr, JNI_FALSE);
if (alen > 0)
{
rtn = (char*)malloc(alen + 1);
memcpy(rtn, ba, alen);
rtn[alen] = 0;
}
env->ReleaseByteArrayElements(barr, ba, 0);
return rtn;
}
//char* to jstring
jstring stoJstring(JNIEnv* env, const char* pat)
{
jclass strClass = env->FindClass("Ljava/lang/String;");
jmethodID ctorID = env->GetMethodID(strClass, "<init>", "([BLjava/lang/String;)V");
jbyteArray bytes = env->NewByteArray(strlen(pat));
env->SetByteArrayRegion(bytes, 0, strlen(pat), (jbyte*)pat);
jstring encoding = env->NewStringUTF("utf-8");
return (jstring)env->NewObject(strClass, ctorID, bytes, encoding);
}
/*
* Class: org_jm_jni_BackgroundProcess
* Method: checkValid
* Signature: ()Z
*/
JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_org_jm_jni_BackgroundProcess_checkValid
(JNIEnv *env, jobject obj){
jclass bgpClass=env->GetObjectClass(obj);
jmethodID methodId=env->GetMethodID(bgpClass,"backProcess","(Ljava/util/ArrayList;)Ljava/lang/String;");
jobject str=env->CallObjectMethod(obj,methodId,NULL);
jfieldID fieldId=env->GetFieldID(bgpClass,"num","I");
jint number=env->GetIntField(obj,fieldId);
cout << "number 值是: " <<number << endl;
env->SetIntField(obj,fieldId,100L);
return 1;
}
/*
* Class: org_jm_jni_BackgroundProcess
* Method: processData
* Signature: (Lorg/jm/jni/BackgroundProcess;)V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_org_jm_jni_BackgroundProcess_processData
(JNIEnv *env, jobject, jobject){
cout<< "this function do nothing " << endl;
}
/*
* Class: org_jm_jni_BackgroundProcess
* Method: processGarbage
* Signature: ([Ljava/lang/String;)V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_org_jm_jni_BackgroundProcess_processGarbage
(JNIEnv *env, jobject, jobjectArray array){
jint size=env->GetArrayLength(array);
cout << "数组大小是: " << size << endl;
jstring tempObj=NULL;
char *pszSTR1 = NULL;
for(int i=0;i<size;i++){
cout << "current value is : " << i << endl;
tempObj=(jstring)env->GetObjectArrayElement(array,i);
const char * chars =env->GetStringUTFChars(tempObj, 0);
cout << chars << endl;
}
}
在此，针对andorid中c++与java中的方法互调，引用参考说明如下：
(1).andorid CPP调用java函数和访问其成员:原理 => CPP代码找到java的那个class里面的函数的入口地址,然后在CPP代码中调用java代码
步骤1) 用FindClass()函数找到该java类(如android.os.Binder)的实例对象的引用:
jclass clazz = env->FindClass(kBinderPathName) = env->FindClass("android.os.Binder")
步骤2) 用GetFieldID()函数获取到要访问的域(field: 实际上就是该java class中的某个成员变量的名字)的ID:
gBinderOffsets.mObject = env->GetFieldID(clazz, "mObject", "I") // mObject为java class "Binder"里的一个成员变量
-> 注意,这里将要访问的那个java对象的成员mObject的ID保存到了全局变量gBinderOffsets.mObject中,这样做的前提和优点如下:
前提: android里面,每个java进程中只允许有一个java虚拟机(sun公司原始的java架构中,一个进程中可以有多个java虚拟机)
优点: 除了第一次,以后每次要访问该java对象的成员mObject就非常快了(不用再去FindClass()和GetFieldID())
步骤3) 用GetMethodID()函数获取到要访问的方法(Method: 实际上就是该java class中的某个成员函数的名字)的ID:
gBinderOffsets.mExecTransact = env->GetMethodID(clazz, "execTransact", "(IIII)Z") // execTransact为java class "Binder"里的一个成员函数
步骤4) 用类似于GetIntField()的函数获取到该java对象的那个域(即成员)的值:
IBinder* target = (IBinder*)env->GetIntField(obj,gBinderProxyOffsets.mObject)
// 获取java android.os.Binder类型对象里面的成员mObject的值
步骤5) 用类似于CallBooleanMethod()的函数调用到该java对象的那个成员函数:
jboolean res = env->CallBooleanMethod(mObject, gBinderOffsets.mExecTransact, code, (int32_t)&data, (int32_t)reply, flags)
(2).android java调用CPP函数: 原理 => 相当于java的那个class里面有的函数使用CPP代码来实现了
1)通过结构JNINativeMethod描述java代码调用函数和CPP函数的对应关系:
typedef struct {
const char* name; // java代码调用CPP函数的入口
const char* signature; // CPP函数的返回值
void* fnPtr; // CPP的函数名
} JNINativeMethod;
=> 例如: java代码通过IBinder.transact()来调用CPP的函数android_os_BinderProxy_transact()
{"transact", "(ILandroid/os/Parcel;Landroid/os/Parcel;I)Z", (void*)android_os_BinderProxy_transact},
2)将CPP函数注册到java的某个class中: 使用函数AndroidRuntime::registerNativeMethods()来注册
=> 这之后,java代码就可以调用CPP函数了
3)java代码调用CPP函数方法:
IBinder.transact()
总结其原理：C/C++要调用JAVA程序，必须先加载JAVA虚拟机，由JAVA虚拟机解释执行class文件。为了初始化JAVA虚拟机，JNI提供了一系列的接口函数，通过这些函数方便地加载虚拟机到内存中。
1). 加载虚拟机：
函数：jint JNI_CreateJavaVM(JavaVM **pvm, void **penv, void args);
参数说明：JavaVM **pvm JAVA虚拟机指针,第二个参数JNIEnv *env是贯穿整个调用过程的一个参数,因为后面的所有函数都需要这个参数,需注意的是第三个参数,在jdk1.1与1.2版本有些不同,在JDK 1.1中第三个参数总是指向一个结构JDK1_ 1InitArgs，这个结构无法完全在所有版本的虚拟机中进行无缝移植。所以为了保证可移植性,建议使用jdk1.2的方法加载虚拟机。
2). 获取指定对象的类定义:
有两种方法可获得类定义,一是在已知类名的情况使用FindClass来获取；二是通过对象直接得到类定义GetObjectClass
3). 获取要调用的方法：
获得非静态方法：
jmethodID (JNICALL *GetMethodID)(JNIEnv *env, jclass clazz, const char *name, const char *sig);
获得静态方法：
jmethodID (JNICALL *GetStaticMethodID)(JNIEnv *env, jclass class, const char *name, const char *sig);
参数说明：JNIEnv *env初始化是得到的JNI环境；jclass class前面已获取到的类定义；const char *name方法名；const char *sig方法参数定义
4). 调用JAVA类方法：
函数：CallObjectMethod（JNIEnv *env， jobject obj, jmethodID mid）；
函数：CallStaticObjectMethod（（JNIEnv *env， jobject obj, jmethodID mid）；
5). 获得类属性的定义：
jfieldID (JNICALL *GetFieldID) (JNIEnv *env, jclass clazz, const char *name, const char *sig);
静态属性：
jfieldID (JNICALL *GetStaticFieldID) (JNIEnv *env, jclass clazz, const char *name, const char *sig);
6). 数组处理：
要创建数组首先要知道类型及长度，JNI提供了一系列的数组类型及操作的函数如：
NewIntArray、NewLongArray、NewShortArray、NewFloatArray、NewDoubleArray、 NewBooleanArray、NewStringUTF、NewCharArray、NewByteArray、NewString，访问通过 GetBooleanArrayElements、GetIntArrayElements等函数。
7). 异常：
由于调用了Java的方法，会产生异常。这些异常在C/C++中无法通过本身的异常处理机制来捕捉到，但可以通过JNI一些函数来获取Java中抛出的异常信息。
8).多线程调用
我们知道JAVA是非常消耗内存的，我们希望在多线程中能共享一个JVM虚拟机，真正消耗大量系统资源的是JAVA虚拟机jvm而不是虚拟机环境 env，jvm是允许多个线程访问的，但是虚拟机环境只能被创建它本身的线程所访问，而且每个线程必须创建自己的虚拟机环境env。JNI提供了两个函 数：AttachCurrentThread和DetachCurrentThread。便于子线程创建自己的虚拟机环境。
4. java与dll交互的技术
目前java与dll交互的技术主要有3种：jni，jawin和jacob。Jni（Java Native Interface）是sun提供的java与系统中的原生方法交互的技术（在windows\\linux系统中，实现java与native method互调）。目前只能由c/c++实现。后两个都是sourceforge上的开源项目，同时也都是基于jni技术的windows系统上的一个 应用库。Jacob（Java-Com Bridge）提供了java程序调用microsoft的com对象中的方法的能力。而除了com对象外，jawin（Java/Win32 integration project）还可以win32-dll动态链接库中的方法。就功能而言：jni >> jawin>jacob，其大致的结构如下图：
就易用性而言，正好相反：jacob>jawin>>jni。
Jvm封装了各种操作系统实际的差异性的同时，提供了jni技术，使得开发者可以通过java程序（代码）调用到操作系统相关的技术实现的库函数，从而与 其他技术和系统交互，使用其他技术实现的系统的功能；同时其他技术和系统也可以通过jni提供的相应原生接口开调用java应用系统内部实现的功能。在 windows系统上，一般可执行的应用程序都是基于native的PE结构，windows上的jvm也是基于native结构实现的。Java应用体 系都是构建于jvm之上。
Jni对于应用本身来说，可以看做一个代理模式。对于开发者来说，需要使用c/c++来实现一个代理程序（jni程序）来实际操作目标原生函数，java程序中则是jvm通过加载并调用此jni程序来间接地调用目标原生函数。
5. Android中jni的现有应用
(1).从如何载入.so档案谈起
由于Android的应用层的类都是以Java写的，这些Java类编译为Dex型式的Bytecode之后，必须靠Dalvik虚拟机(VM: Virtual Machine)来执行。VM在Android平台里，扮演很重要的角色。此外，在执行Java类的过程中，如果Java类需要与C组件沟通时，VM就会 去载入C组件，然后让Java的函数顺利地调用到C组件的函数。此时，VM扮演着桥梁的角色，让Java与C组件能通过标准的JNI介面而相互沟通。应用 层的Java类是在虚拟机(VM: Vitual Machine)上执行的，而C件不是在VM上执行，那么Java程式又如何要求VM去载入(Load)所指定的C组件呢? 可使用下述指令：
System.loadLibrary(*.so的档案名);
例如，Android框架里所提供的MediaPlayer.java类，含指令：
public class MediaPlayer{
static {
System.loadLibrary("media_jni");
}
}
这要求VM去载入Android的/system/lib/libmedia_jni.so档案。载入*.so之后，Java类与*.so档案就汇合起来，一起执行了。