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Android中JNI编程的那些事儿
首先说明，Android系统不允许一个纯粹使用C/C++的程序出现，它要求必须是通过Java代码嵌入Native C/C++——即通过JNI的方式来使用本地（Native）代码。因此JNI对Android底层开发人员非常重要。
如何将.so文件打包到.APK
让我们先从最简单的情况开始，假如已有一个JNI实现——libxxx.so文件，那么如何在APK中使用它呢？
在我最初写类似程序的时候，我会将libxxx.so文件push到/system/lib/目录下，然后在Java代码中执行System.loadLibrary(xxx)，这是个可行的做法，但需要取得/system/lib目录的写权限（模拟器通过adb remount取得该权限）。但模拟器重启之后libxxx.so文件会消失。现在我找到了更好的方法，把.so文件打包到apk中分发给最终用户，不管是模拟器或者真机，都不再需要system分区的写权限。实现步骤如下：
1、在你的项目根目录下建立libs/armeabi目录；
2、将libxxx.so文件copy到libs/armeabi/下；
3、此时ADT插件自动编译输出的.apk文件中已经包括.so文件了；
4、安装APK文件，即可直接使用JNI中的方法；
我想还需要简单说明一下libxxx.so的命名规则，沿袭Linux传统，lib<something>.so是类库文件名称的格式，但在Java的System.loadLibrary("something")方法中指定库名称时，不能包括前缀——lib，以及后缀——.so。
准备编写自己的JNI模块
你一定想知道如何编写自己的xxx.so，不过这涉及了太多有关JNI的知识。简单的说：JNI是Java平台定义的用于和宿主平台上的本地代码进行交互的“Java标准”，它通常有两个使用场景：1.使用(之前使用c/c++、delphi开发的)遗留代码；2.为了更好、更直接地与硬件交互并获得更高性能。你可以通过以下链接了解JNI的更多资料：
- Java Native Interface Developer Guides
- Java Native Interface Specification
- Java本地接口(JNI)基本功能
- Book：JNI Programmer's Guide and Specification
JNI之Hello World
1、首先创建含有native方法的Java类：
1 package com.okwap.testjni; 2 3 public final class MyJNI { 4 // native方法, 5 public static native String sayHello(String name); 6 }
2、通过javah命令生成.h文件，内容如下(com_okwap_testjni.h文件)：
view source print ?
01 | /* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */ |
02 | #include <jni.h> |
03 | /* Header for class com_okwap_testjni_MyJNI */ |
04 | |
05 | #ifndef _Included_com_okwap_testjni_MyJNI |
06 | #define _Included_com_okwap_testjni_MyJNI |
07 | #ifdef __cplusplus |
08 | extern "C" { |
09 | #endif |
10 | /* |
11 | * Class: com_okwap_testjni_MyJNI |
12 | * Method: sayHello |
13 | * Signature: (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String; |
14 | */ |
15 | JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_okwap_testjni_MyJNI_sayHello |
16 | (JNIEnv *, jclass, jstring); |
17 | |
18 | #ifdef __cplusplus |
19 | } |
20 | #endif |
21 | #endif |
这是一个标准的C语言头文件，其中的JNIEXPORT、JNICALL是JNI关键字(事实上它是没有任何内容的宏，仅用于指示性说明)，而jint、jstring是JNI环境下对int及java.lang.String类型的映射。这些关键字的定义都可以在jni.h中看到。
3、在 com_okwap_testjni.c文件中实现以上方法：
1 #include < string.h > 2 #include < jni.h > 3 #include " com_okwap_testjni.h " 4 5 JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_okwap_testjni_MyJNI_sayHello(JNIEnv * env, jclass, jstring str){ 6 // 从jstring类型取得c语言环境下的char*类型 7 const char * name = ( * env) -> GetStringUTFChars(env, str, 0 ); 8 // 本地常量字符串 9 char * hello = " 你好， " ; 10 // 动态分配目标字符串空间 11 char * result = malloc((strlen(name) + strlen(hello) + 1 ) * sizeof( char )); 12 memset(result, 0 ,sizeof(result)); 13 // 字符串链接 14 strcat(result,hello); 15 strcat(result,name); 16 // 释放jni分配的内存 17 ( * env) -> ReleaseStringUTFChars(env,str,name); 18 // 生成返回值对象 19 str = ( * env) -> NewStringUTF(env, " 你好 JNI~! " ); 20 // 释放动态分配的内存 21 free(result); 22 23 // 24 return str; 25 }
4、编译——两种不同的编译环境
以上的C语言代码要编译成最终.so动态库文件，有两种途径：
- Android NDK：全称是Native Developer Kit，是用于编译本地JNI源码的工具，为开发人员将本地方法整合到Android应用中提供了方便。事实上NDK和完整源码编译环境一样，都使用Android的编译系统——即通过Android.mk文件控制编译。NDK可以运行在Linux、Mac、Window(+cygwin)三个平台上。有关NDK的使用方法及更多细节请参考以下资料：
- eoe特刊第七期《NDK总结》http://blog.eoemobile.com/?p=27
- http://androidappdocs.appspot.com/sdk/ndk/index.html；
- eoe特刊第七期《NDK总结》http://blog.eoemobile.com/?p=27
- 完整源码编译环境：Android平台提供有基于make的编译系统，为App编写正确的Android.mk文件就可使用该编译系统。该环境需要通过git从官方网站获取完整源码副本并成功编译，更多细节请参考：http://source.android.com/index.html
不管你选择以上两种方法的哪一个，都必须编写自己的Android.mk文件，有关该文件的编写请参考相关文档。
JNI组件的入口函数——JNI_OnLoad()、JNI_OnUnload()
JNI组件被成功加载和卸载时，会进行函数回调，当VM执行到System.loadLibrary(xxx)函数时，首先会去执行JNI组件中的JNI_OnLoad()函数，而当VM释放该组件时会呼叫JNI_OnUnload()函数。先看示例代码：
1 // onLoad方法，在System.loadLibrary()执行时被调用 2 jint JNI_OnLoad(JavaVM * vm, void * reserved){ 3 LOGI( " JNI_OnLoad startup~~! " ); 4 return JNI_VERSION_1_4; 5 } 6 7 // onUnLoad方法，在JNI组件被释放时调用 8 void JNI_OnUnload(JavaVM * vm, void * reserved){ 9 LOGE( " call JNI_OnUnload ~~!! " ); 10 }
JNI_OnLoad()有两个重要的作用：
- 指定JNI版本：告诉VM该组件使用那一个JNI版本(若未提供JNI_OnLoad()函数，VM会默认该使用最老的JNI 1.1版)，如果要使用新版本的JNI，例如JNI 1.4版，则必须由JNI_OnLoad()函数返回常量JNI_VERSION_1_4(该常量定义在jni.h中) 来告知VM。
- 初始化设定，当VM执行到System.loadLibrary()函数时，会立即先呼叫JNI_OnLoad()方法，因此在该方法中进行各种资源的初始化操作最为恰当。
JNI_OnUnload()的作用与JNI_OnLoad()对应，当VM释放JNI组件时会呼叫它，因此在该方法中进行善后清理，资源释放的动作最为合适。
使用registerNativeMethods方法
对Java程序员来说，可能我们总是会遵循：1.编写带有native方法的Java类；--->2.使用javah命令生成.h头文件；--->3.编写代码实现头文件中的方法，这样的“官方” 流程，但也许有人无法忍受那“丑陋”的方法名称，RegisterNatives方法能帮助你把c/c++中的方法隐射到Java中的native方法，而无需遵循特定的方法命名格式。来看一段示例代码吧：
1 // 定义目标类名称 2 static const char * className = " com/okwap/testjni/MyJNI " ; 3 4 // 定义方法隐射关系 5 static JNINativeMethod methods[] = { 6 { " sayHello " , " (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String; " , ( void * )sayHello}, 7 }; 8 9 jint JNI_OnLoad(JavaVM * vm, void * reserved){ 10 // 声明变量 11 jint result = JNI_ERR; 12 JNIEnv * env = NULL; 13 jclass clazz; 14 int methodsLenght; 15 16 // 获取JNI环境对象 17 if (( * vm) -> GetEnv(vm, ( void ** ) & env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) { 18 LOGE( " ERROR: GetEnv failed\n " ); 19 return JNI_ERR; 20 } 21 assert(env != NULL); 22 23 // 注册本地方法.Load 目标类 24 clazz = ( * env) -> FindClass(env,className); 25 if (clazz == NULL) { 26 LOGE( " Native registration unable to find class '%s' " , className); 27 return JNI_ERR; 28 } 29 30 // 建立方法隐射关系 31 // 取得方法长度 32 methodsLenght = sizeof (methods) / sizeof (methods[ 0 ]); 33 if (( * env) -> RegisterNatives(env,clazz, methods, methodsLenght) < 0 ) { 34 LOGE( " RegisterNatives failed for '%s' " , className); 35 return JNI_ERR; 36 } 37 38 // 39 result = JNI_VERSION_1_4; 40 return result; 41 }
建立c/c++方法和Java方法之间映射关系的关键是 JNINativeMethod 结构，该结构定义在jni.h中，具体定义如下：
1 typedef struct { 2 const char * name; // java方法名称 3 const char * signature; // java方法签名 4 void * fnPtr; // c/c++的函数指针 5 } JNINativeMethod;
参照上文示例中初始化该结构的代码：
1 // 定义方法隐射关系 2 static JNINativeMethod methods[] = { 3 { " sayHello " , " (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String; " , ( void * )sayHello}, 4 };
其中比较难以理解的是第二个参数——signature字段的取值，实际上这些字符与函数的参数类型/返回类型一一对应，其中"()" 中的字符表示参数，后面的则代表返回值。例如"()V" 就表示void func()，"(II)V" 表示 void func(int, int)，具体的每一个字符的对应关系如下：
字符 Java类型 C/C++类型
V void void
Z jboolean boolean
I jint int
J jlong long
D jdouble double
F jfloat float
B jbyte byte
C jchar char
S jshort short
数组则以"["开始，用两个字符表示：
字符 java类型 c/c++类型
[Z jbooleanArray boolean[]
[I jintArray int[]
[F jfloatArray float[]
[B jbyteArray byte[]
[C jcharArray char[]
[S jshortArray short[]
[D jdoubleArray double[]
[J jlongArray long[]
上面的都是基本类型，如果参数是Java类，则以"L"开头，以";"结尾，中间是用"/"隔开包及类名，而其对应的C函数的参数则为jobject，一个例外是String类，它对应C类型jstring，例如：Ljava/lang /String; 、Ljava/net/Socket; 等，如果JAVA函数位于一个嵌入类（也被称为内部类），则用$作为类名间的分隔符，例如："Landroid/os/FileUtils$FileStatus;"。
使用registerNativeMethods方法不仅仅是为了改变那丑陋的长方法名，最重要的是可以提高效率，因为当Java类别透过VM呼叫到本地函数时，通常是依靠VM去动态寻找.so中的本地函数(因此它们才需要特定规则的命名格式)，如果某方法需要连续呼叫很多次，则每次都要寻找一遍，所以使用RegisterNatives将本地函数向VM进行登记，可以让其更有效率的找到函数。
registerNativeMethods方法的另一个重要用途是，运行时动态调整本地函数与Java函数值之间的映射关系，只需要多次调用registerNativeMethods()方法，并传入不同的映射表参数即可。
JNI中的日志输出
你一定非常熟悉在Java代码中使用Log.x(TAG,“message”)系列方法，在c/c++代码中也一样，不过首先你要include相关头文件。遗憾的是你使用不同的编译环境(请参考上文中两种编译环境的介绍)，对应的头文件略有不同。。
如果是在完整源码编译环境下，只要include <utils/Log.h>头文件，就可以使用对应的LOGI、LOGD等方法了，同时请定义LOG_TAG，LOG_NDEBUG等宏值，示例代码如下：
1 #define LOG_TAG "HelloJni" 2 #define LOG_NDEBUG 0 3 #define LOG_NIDEBUG 0 4 #define LOG_NDDEBUG 0 5 6 #include < string .h > 7 #include < jni.h > 8 #include < utils / Log.h > 9 jstring Java_com_inc_android_ime_HelloJni_stringFromJNI(JNIEnv * env,jobject thiz){ 10 LOGI( " Call stringFromJNI!\n " ); 11 return ( * env) -> NewStringUTF(env, " Hello from JNI （中文）! " ); 12 }
与日志相关的.h头文件，在以下源码路径：
- myeclair\frameworks\base\include\utils\Log.h
- myeclair\system\core\include\cutils\log.h
如果你是在NDK环境下编译，则需要#include <android/log.h>，示例代码如下：
1 #define LOG_TAG "HelloJni" 2 3 #include < string .h > 4 #include < jni.h > 5 #include < utils / Log.h > 6 jstring Java_com_inc_android_ime_HelloJni_stringFromJNI(JNIEnv * env,jobject thiz){ 7 __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,LOG_TAG, " Call stringFromJNI!\n " ); 8 return ( * env) -> NewStringUTF(env, " Hello from JNI （中文）! " ); 9 }
很可惜，其中用于日志输出的方法是：__android_log_print(....)，并不是我们熟悉的LOG.x(...)系列方法。不过好的一点是android/log.h文件在完整源码环境下也是可用的，因此，可以用一下的头文件来统两种环境下的差异：
1 /* 2 * jnilogger.h 3 * 4 * Created on: 2010-11-15 5 * Author: INC062805 6 */ 7 8 #ifndef __JNILOGGER_H_ 9 #define __JNILOGGER_H_ 10 11 #include < android / log.h > 12 13 #ifdef _cplusplus 14 extern " C " { 15 #endif 16 17 #ifndef LOG_TAG 18 #define LOG_TAG "MY_LOG_TAG" 19 #endif 20 21 #define LOGD(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG,LOG_TAG,__VA_ARGS__) 22 #define LOGI(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,LOG_TAG,__VA_ARGS__) 23 #define LOGW(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_WARN,LOG_TAG,__VA_ARGS__) 24 #define LOGE(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR,LOG_TAG,__VA_ARGS__) 25 #define LOGF(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_FATAL,LOG_TAG,__VA_ARGS__) 26 27 28 #ifdef __cplusplus 29 } 30 #endif 31 32 #endif /* __JNILOGGER_H_ */
你可以下载以上头文件，来统一两种不同环境下的使用差异。另外，不要忘了在你的Android.mk文件中加入对类库的应用，两种环境下分别是：
1 ifeq ($(HOST_OS),windows) 2 #NDK环境下 3 LOCAL_LDLIBS : = - llog 4 else 5 #完整源码环境下 6 LOCAL_SHARED_LIBRARIES : = libutils 7 endif
Android为JNI提供的助手方法
myeclair\dalvik\libnativehelper\include\nativehelper
在完整源码编译环境下，Android在myeclair\dalvik\libnativehelper\include\nativehelper\JNIHelp.h头文件中 提供了助手函数 ，用于本地方法注册、异常处理等任务，还有一个用于计算方法隐射表长度的宏定义：
1 #ifndef NELEM 2 # define NELEM(x) (( int ) ( sizeof (x) / sizeof ((x)[ 0 ]))) 3 #endif 4 5 // 有了以上宏定义后，注册方法可以按如下写，该宏定义可以直接copy到NDK环境下使用： 6 ( * env) -> RegisterNatives(env,clazz, methods,NELEM(methods));
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