Android(安卓)framework层JNI的使用浅析

尊重原创：http://blog.csdn.net/yuanzeyao/article/details/42418977

JNI技术对于多java开发的朋友相信并不陌生，即(java native interface)，本地调用接口，主要功能有以下两点：

1、java层调用C/C++层代码

2、C/C++层调用java层代码

可能有些人会觉得jni技术破坏了Java语言的跨平台性，有这种想法可能是因为你对java理解得还不够深，如果你看看jdk源码，你会发现在jdk里面大量使用了jni技术，而且java虚拟机就是用本地语言写的，所以导致jvm并不能跨平台性，所以说java的跨平台性并不是100%的跨平台的。相反你应该看到使用Jni的优势：

1、因为C/C++语言本来机比java语言诞生早，所以很多库代码都是使用C/C++写的，有了Jni我们就可以直接使用了，不用重复造轮子。

2、不可否认，C/C++执行效率比java 高，对于一些对效率有要求的功能，必须使用C/C++.

由于打算研究Android 中java层和native层是如何连接起来的，所以想研究一下Android中的jni技术（在阅读之前，最好了解jni中的基本知识，如jni中数据类型，签名格式，不然看起来可能有些吃力），由于工作和MediaPlayer有关，这里就使用MediaPlayer为例吧。

下面给出一张图，通过此图，我们简要说明一下jni是如何连接Java层和本地层的。

当我们的app要播放视频的时候，我们使用的是java层的MediaPlayer类，我们进入到MediaPlayer.java看看(提醒：我这里使用的是源码4.1)

主要注意的有两点：

1、静态代码块：

 static {        System.loadLibrary("media_jni");        native_init();    }

2、native_init的签名：

private static native final void native_init();

看到静态代码块后，我们可以知道MediaPlayer对应的jni层代码在Media_jni.so库中

本地层对应的so库是libmedia.so，所以MediaPlayer.java通过Media_jni.so和MediaPlayer.cpp(libmedia.so)进行交互

下面我们就深入到细节吧。不过在深入细节前，我先要告诉你一个规则，在Android中，通常java层类和jni层类的名字有如下关系，拿MediaPlayer为例，java层叫android.media.MediaPlayer.java，那么jni层叫做android_media_MediaPlayer.cpp

由于native_init是一个本地方法，那么我们就到android_media_MediaPlayer.cpp找到native_init的对应方法吧

static voidandroid_media_MediaPlayer_native_init(JNIEnv *env){    jclass clazz;    clazz = env->FindClass("android/media/MediaPlayer");    if (clazz == NULL) {        return;    }    fields.context = env->GetFieldID(clazz, "mNativeContext", "I");    if (fields.context == NULL) {        return;    }    fields.post_event = env->GetStaticMethodID(clazz, "postEventFromNative",                                               "(Ljava/lang/Object;IIILjava/lang/Object;)V");    if (fields.post_event == NULL) {        return;    }    fields.surface_texture = env->GetFieldID(clazz, "mNativeSurfaceTexture", "I");    if (fields.surface_texture == NULL) {        return;    }}

对应上面的代码，如果你对java中的反射理解得很透彻的话，其实很好理解，首先找到java层的MediaPlayer的Class对象，jclass是java层Class在native层的代码，然后分别保存mNaviceContext字段，postEventFromNative方法，mNativeSurfaceTexture字段。

其实这里我最想说明的是另外一个问题，就是MediaPlayer中的native_init方法时如何跟android_media_MediaPlayer.cpp中的android_media_MediaPlayer_native_init对应起来的，因为我们知道如果使用javah自动生成的头文件，那么在jni层的名字应该是java_android_media_MediaPlayer_native_linit。其实这里涉及到一个动态注册的过程。

其实在java层代用System.loadLibrary成功后，就会调用jni文件中的JNI_onLoad方法，android_media_MediaPlayer.cpp中的JNI_onLoad方法如下(截取部分)

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);    if (register_android_media_MediaPlayer(env) < 0) {        ALOGE("ERROR: MediaPlayer native registration failed\n");        goto bail;    }      /* success -- return valid version number */    result = JNI_VERSION_1_4;bail:    return result;}

这里有一个方法叫做register_android_media_MediaPlayer，我们进入此方法，看看注册了什么

static int register_android_media_MediaPlayer(JNIEnv *env){    return AndroidRuntime::registerNativeMethods(env,                "android/media/MediaPlayer", gMethods, NELEM(gMethods));}

这里就是调用了AndroidRuntime提供的registerNativeMethods方法，这里涉及到一个gMethods的变量，它其实是一个结构体

typedef struct {const char* name;const char* signature;void* fnPtr;} JNINativeMethod;

name：就是在java层方法名称

signature：就是方法在签名

fnPtr：在jni层对应的函数名称

，那么我们找到native_init在gMethods对应的值吧

static JNINativeMethod gMethods[] = {    {        "_setDataSource",        "(Ljava/lang/String;[Ljava/lang/String;[Ljava/lang/String;)V",        (void *)android_media_MediaPlayer_setDataSourceAndHeaders    },....    {"native_init",         "()V",                              (void *)android_media_MediaPlayer_native_init},    ...};

接下来，我们看看AndroidRuntime中的registerNativeMethods做了什么吧

/*static*/ int AndroidRuntime::registerNativeMethods(JNIEnv* env,    const char* className, const JNINativeMethod* gMethods, int numMethods){    return jniRegisterNativeMethods(env, className, gMethods, numMethods);}

调用了jniRegisterNativeMethods

extern "C" int jniRegisterNativeMethods(C_JNIEnv* env, const char* className,    const JNINativeMethod* gMethods, int numMethods){    JNIEnv* e = reinterpret_cast(env);    ALOGV("Registering %s natives", className);    scoped_local_ref c(env, findClass(env, className));    if (c.get() == NULL) {        ALOGE("Native registration unable to find class '%s', aborting", className);        abort();    }    if ((*env)->RegisterNatives(e, c.get(), gMethods, numMethods) < 0) {        ALOGE("RegisterNatives failed for '%s', aborting", className);        abort();    }    return 0;}

最终调用了env的RegisterNativers完成了注册。

其实写到这里，我们已经知道了java层和jni是如何联系起来的，接下来我想说的是jni是如何将java层和native联系起来的，还是用MediaPlayer为例吧，我们进入MediaPlayer的构造函数。

    public MediaPlayer() {        Looper looper;        if ((looper = Looper.myLooper()) != null) {            mEventHandler = new EventHandler(this, looper);        } else if ((looper = Looper.getMainLooper()) != null) {            mEventHandler = new EventHandler(this, looper);        } else {            mEventHandler = null;        }        /* Native setup requires a weak reference to our object.         * It's easier to create it here than in C++.         */        native_setup(new WeakReference(this));    }

这里创建了一个mEventHandler对象，并调用了native_setup方法，我们进入到android_media_MediaPlayer.cpp的对应方法看看

static voidandroid_media_MediaPlayer_native_setup(JNIEnv *env, jobject thiz, jobject weak_this){    ALOGV("native_setup");    sp mp = new MediaPlayer();    if (mp == NULL) {        jniThrowException(env, "java/lang/RuntimeException", "Out of memory");        return;    }    // create new listener and give it to MediaPlayer    sp listener = new JNIMediaPlayerListener(env, thiz, weak_this);    mp->setListener(listener);    // Stow our new C++ MediaPlayer in an opaque field in the Java object.    setMediaPlayer(env, thiz, mp);}

这里创建了一个本地MediaPlayer对象，并且设置了listener,(如果做过播放器的同学应该知道这个listener应该知道干啥，不知道也没关系)，最后调用了setMediaPlayer方法，这个才是我们需要关注的。

static sp setMediaPlayer(JNIEnv* env, jobject thiz, const sp& player){    Mutex::Autolock l(sLock);    sp old = (MediaPlayer*)env->GetIntField(thiz, fields.context);    if (player.get()) {        player->incStrong(thiz);    }    if (old != 0) {        old->decStrong(thiz);    }    env->SetIntField(thiz, fields.context, (int)player.get());    return old;}

其实就是先拿到fields.context的对应的值，还记得这个这个值是什么吗，不记得的可以回到上面看看

fields.context = env->GetFieldID(clazz, "mNativeContext", "I");

其实就是java层mNativeContext对应的值，就是将本地MediaPlayer的地址存放到mNativeContext中。

现在加入我们要播放一个本地Mp4视频，那么使用如下代码即可

mediaPlayer.setDataSource("/mnt/sdcard/a.mp4");   mediaPlayer.setDisplay(surface1.getHolder());  mediaPlayer.prepare();  mediaPlayer.start();

其实这里调用的几个都是本地方法，这里我就是用prepare方法为例，讲解MediaPlaeyr.java和MediaPlayer.cpp的交互

当在java层调用prepare方法时，在jni层会调用如下方法

static voidandroid_media_MediaPlayer_prepare(JNIEnv *env, jobject thiz){    sp mp = getMediaPlayer(env, thiz);    if (mp == NULL ) {        jniThrowException(env, "java/lang/IllegalStateException", NULL);        return;    }    // Handle the case where the display surface was set before the mp was    // initialized. We try again to make it stick.    sp st = getVideoSurfaceTexture(env, thiz);    mp->setVideoSurfaceTexture(st);    process_media_player_call( env, thiz, mp->prepare(), "java/io/IOException", "Prepare failed." );}

这里通过getMediaPlayer方法拿到本地的MediaPlayer对象，调用调用本地方法process_media_player_call，并将本地MediaPlayer调用parepare方法的结果传递给此方法。

static void process_media_player_call(JNIEnv *env, jobject thiz, status_t opStatus, const char* exception, const char *message){    if (exception == NULL) {  // Don't throw exception. Instead, send an event.        if (opStatus != (status_t) OK) {            sp mp = getMediaPlayer(env, thiz);            if (mp != 0) mp->notify(MEDIA_ERROR, opStatus, 0);        }    } else {  // Throw exception!        if ( opStatus == (status_t) INVALID_OPERATION ) {            jniThrowException(env, "java/lang/IllegalStateException", NULL);        } else if ( opStatus == (status_t) PERMISSION_DENIED ) {            jniThrowException(env, "java/lang/SecurityException", NULL);        } else if ( opStatus != (status_t) OK ) {            if (strlen(message) > 230) {               // if the message is too long, don't bother displaying the status code               jniThrowException( env, exception, message);            } else {               char msg[256];                // append the status code to the message               sprintf(msg, "%s: status=0x%X", message, opStatus);               jniThrowException( env, exception, msg);            }        }    }}

在这个里面根据prepare返回的状态，如果exception==null 并且prepare执行失败，测试不抛异常，而是调用本地MediaPlayer的notify方法。

void MediaPlayer::notify(int msg, int ext1, int ext2, const Parcel *obj){    ALOGV("message received msg=%d, ext1=%d, ext2=%d", msg, ext1, ext2);    bool send = true;    bool locked = false;   ...    switch (msg) {    case MEDIA_NOP: // interface test message        break;    case MEDIA_PREPARED:        ALOGV("prepared");        mCurrentState = MEDIA_PLAYER_PREPARED;        if (mPrepareSync) {            ALOGV("signal application thread");            mPrepareSync = false;            mPrepareStatus = NO_ERROR;            mSignal.signal();        }        break;    case MEDIA_PLAYBACK_COMPLETE:        ALOGV("playback complete");        if (mCurrentState == MEDIA_PLAYER_IDLE) {            ALOGE("playback complete in idle state");        }        if (!mLoop) {            mCurrentState = MEDIA_PLAYER_PLAYBACK_COMPLETE;        }        break;    case MEDIA_ERROR:        // Always log errors.        // ext1: Media framework error code.        // ext2: Implementation dependant error code.        ALOGE("error (%d, %d)", ext1, ext2);        mCurrentState = MEDIA_PLAYER_STATE_ERROR;        if (mPrepareSync)        {            ALOGV("signal application thread");            mPrepareSync = false;            mPrepareStatus = ext1;            mSignal.signal();            send = false;        }        break;    case MEDIA_INFO:        // ext1: Media framework error code.        // ext2: Implementation dependant error code.        if (ext1 != MEDIA_INFO_VIDEO_TRACK_LAGGING) {            ALOGW("info/warning (%d, %d)", ext1, ext2);        }        break;    case MEDIA_SEEK_COMPLETE:        ALOGV("Received seek complete");        if (mSeekPosition != mCurrentPosition) {            ALOGV("Executing queued seekTo(%d)", mSeekPosition);            mSeekPosition = -1;            seekTo_l(mCurrentPosition);        }        else {            ALOGV("All seeks complete - return to regularly scheduled program");            mCurrentPosition = mSeekPosition = -1;        }        break;    case MEDIA_BUFFERING_UPDATE:        ALOGV("buffering %d", ext1);        break;    case MEDIA_SET_VIDEO_SIZE:        ALOGV("New video size %d x %d", ext1, ext2);        mVideoWidth = ext1;        mVideoHeight = ext2;        break;    case MEDIA_TIMED_TEXT:        ALOGV("Received timed text message");        break;    default:        ALOGV("unrecognized message: (%d, %d, %d)", msg, ext1, ext2);        break;    }    sp listener = mListener;    if (locked) mLock.unlock();    // this prevents re-entrant calls into client code    if ((listener != 0) && send) {        Mutex::Autolock _l(mNotifyLock);        ALOGV("callback application");        listener->notify(msg, ext1, ext2, obj);        ALOGV("back from callback");    }}

做过播放器的同学应该对上面几个消息都不陌生吧，由于刚才调用prepare方法失败了，所以这里应该执行MEDIA_ERROR分支，最后调用listener的notify代码，这个listener就是在native_setup中设置的

void JNIMediaPlayerListener::notify(int msg, int ext1, int ext2, const Parcel *obj){    JNIEnv *env = AndroidRuntime::getJNIEnv();    if (obj && obj->dataSize() > 0) {        jobject jParcel = createJavaParcelObject(env);        if (jParcel != NULL) {            Parcel* nativeParcel = parcelForJavaObject(env, jParcel);            nativeParcel->setData(obj->data(), obj->dataSize());            env->CallStaticVoidMethod(mClass, fields.post_event, mObject,                    msg, ext1, ext2, jParcel);        }    } else {        env->CallStaticVoidMethod(mClass, fields.post_event, mObject,                msg, ext1, ext2, NULL);    }    if (env->ExceptionCheck()) {        ALOGW("An exception occurred while notifying an event.");        LOGW_EX(env);        env->ExceptionClear();    }}

还记得fields.post_event保存的是什么吗

fields.post_event = env->GetStaticMethodID(clazz, "postEventFromNative",                                               "(Ljava/lang/Object;IIILjava/lang/Object;)V");

就是java层MediaPlayer的postEventFromNative方法，也就是说如果播放出错了，那么就通过调用postEventFromNative方法来告诉java层的MediaPlayer。

    private static void postEventFromNative(Object mediaplayer_ref,                                            int what, int arg1, int arg2, Object obj)    {        MediaPlayer mp = (MediaPlayer)((WeakReference)mediaplayer_ref).get();        if (mp == null) {            return;        }        if (what == MEDIA_INFO && arg1 == MEDIA_INFO_STARTED_AS_NEXT) {            // this acquires the wakelock if needed, and sets the client side state            mp.start();        }        if (mp.mEventHandler != null) {            Message m = mp.mEventHandler.obtainMessage(what, arg1, arg2, obj);            mp.mEventHandler.sendMessage(m);        }    }

这个时间最终通过mEventHandler处理，也就是在我们app进程中处理这个错误。

写到这里，相信你应该对java层和native层的交互有了导致的了解。

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