JNI中的数据类型以及数据结构
一、概述
因为JNI是一套Native层和JVM通信的机制，通信就是信息交流，所以就必须要提供在两种语言间的数据交换的机制。基于这个原因，JNI中通过typedef定义了一套专用的数据类型以及数据结构。
二、Java基本类型
| Java Type | Native Type | Description |
|---|---|---|
| boolean | jboolean | unsigned 8 bits |
| byte | jbyte | signed 8 bits |
| char | jchar | unsigned |
| short | jshort | signed 16 bits |
| int | jint | signed 32 bits |
| long | jlong | signed 64 bits |
| float | jfloat | 32 bits |
| double | jdouble | 64 bits |
| void | void | not applicable |
还添加了一下定义方便使用
#define JNI_FALSE 0#define JNI_TRUE 1typedef jint jsize用于标识索引和大小(C++标准建议用尽量准确的类型符来标识一个变量。比如，表示大小就用size_t等，而不是使用在个平台都有可能产生不一致的int、short等)
三、Java引用类型
JNI 中还包含了一组特殊的类型，用来对应Java中的引用类型，我们暂且称之为JNI引用类型。为了尽量和Java引用类型像照应，JNI引用类型遵照如下层次结构：
- jobject(用于引用所有Object对象)
- jclass(用于引用Classs对象)
- jstring(用于引用String对象)
- jarray(数组对象)
- jobjectArray(对象数组)
- jbooleanArray(boolean数组，不是Boolean数组)
- jbyteArray(byte数组)
- jcharArray(char数组)
- jshortArray(short数组)
- jintArray(int数组)
- jlongArray()
- jfloatArray()
- jdoubleArray()
JNI在定义这一组JNI引用类型的时候，正对C和C++分别采取了不同的定义方式。C中采用typedef jobject jclass;这种定义。C++因为是面向对象的，所以直接采用了类继承的方式。详见下图
可以看到在C中，不管是什么类型本质上都是void* 类型，而C++则是空类并且有了继承关系。可本质上并没有什么区别，使用的时候具体是什么类型仍需要用户自己去区别。
四、Java字段和方法(Field/Method)
Java中的字段和方法定义为C中结构体的指针，如下：
struct _jfieldID; /* opaque structure */
typedef struct _jfieldID *jfieldID; /* field IDs */
struct _jmethodID; /* opaque structure */
typedef struct _jmethodID *jmethodID; /* method IDs */jfieldID以及jmethodID后面注释了一句 “opaque structure(不透明结构)”，应该是说该结构交给JVM自己去定义。jni.h文件中还定义了JNINativeMethod类型，该类型暂时不用关注,它用于标识一个Java方法(一般在Native方法与Java方法的动态绑定时使用)。
五、JNI Value类型(联合体类型)
typedef union jvalue {
jboolean z;
jbyte b;
jchar c;
jshort s;
jint i;
jlong j;
jfloat f;
jdouble d;
jobject l;
} jvalue;六、JNI中的类型签名
在JNI中个JVM通信时很多时候不使用具体类型(比如boolean、int、class等)而是使用类型签名，并且是直接使用JVM所使用的类型签名(应该是处于效率之类的考虑吧)。JVM中的类型签名如下：
| 类型签名 | 具体Java类型 |
|---|---|
| Z | boolean |
| B | byte |
| C | char |
| S | short |
| I | int |
| J | long |
| F | float |
| D | double |
| L 接上具体Class的全限定名 ; | 具体的Class类型 |
| [ 接上类型签名 | 数组类型 |
| (参数签名)方法返回值类型签名 | 方法类型签名 |
举使用类型签名的一个例子：
一个Java方法:
long f(int n,String s,int[] arr);
其类型签名如下：
(ILjava/lang/String;[I)J
注意其中的信息：I 是 int 的类型签名，Ljava/lang/String; 是 String 的类型签名，[I 是 int[] 的类型签名，J是long的类型签名。* 其合在一起是
long f(int n,String s,int[] arr);*这个方法的类型签名。Java中有方法签名来标识方法的唯一性，那么就有类型签名来标识类型的唯一性(类型签名就是给boolean、int、class等这些找了一个简称或者别称)。
其中最后一个方法类型签名，在java.lang.invoke包中有一个MethodType类型，该类型属于Java方法签名的一部分，包含方法的参数信息以及返回值信息。我们可以理解为，方法包含类型信息以及方法名信息(类似参数包含参数名以及类型信息)。
七、JNI中UTF-8字符串说明
JNI中使用的字符编码方案是在UTF-8的基础上稍加修改而来的，具体的查看JNI文档(JVM中采用的也是修改过的UTF-8)。
其中涉及到两点不同：
- 对空字符
(char)0编码时不是像标准UTF-8那样使用一个字节，而是使用两个字节，这就避免了在字符串中嵌入了空值(应该是避免了无意间引入的空字符对JVM的运行产生影响)。 - Java VM 无法识别UTF-8的四字节格式，它使用两倍或三倍三字节来代替UTF-8中超过三字节的表示。
八、字符编码说明
因为早前搞OpenVPN的时候仔细去熟悉了下Unicode才算明白Unicode以及UTF-8/UTF-16之间的渊源，简单的提一下。
Unicode（统一码、万国码、单一码），是计算机行业定义的一套字符标准。一般我们提到的时候会说Unicode字符集，讲的是一套字符集，而不是一套编码方案，并且它引入了平面的概念。不讲复杂码位平面什么的，简单点说Unicode字符集用四个字节来指向一个字符，这是字符标准，在你电脑的字体文件中就是通过Unicode的码位来一一照应上文字(不是通过UTF-8或者其他编码方案的值)。而UTF-8/UTF-16等都编码方案，将四个字节的标准Unicode码编码成UTF-8等所定义的编码格式，但是真正用的时候还需要解码回Unicode。之所以这样做，是因为Unicode每个字符都占用4个字节，但常用字符往往没那么多，重新实现编码方案将大大的缩小空间浪费。
九、JNI为什么定义这些信息
JNI是JVM和Native层沟通的桥梁，要达到JVM和Native可以相互沟通的目的，就必须实现下面两点
- Java中可以调用Native层的方法(不可避免的需要传递参数)，持有Native层数据结构或者对象的引用，保存Native层的变量。
- Native同样需要可以调用Java层的方法，持有Java层对象的引用，保存Java层变量。
1、基于方法调用
- 在Java层提供了native方法属性，被该属性标记的方法可以和Native层方法产生关联用来代用Native层方法。关联方式有：
- 静态绑定(通过命名方式绑定)
- 动态绑定(通过手动写绑定方法绑定，后面会有)
- 在Native层呢，就是通过上面的jclass、jmethod等以及方法类型签名来调用。
2、相互保存对方变量以及持有对方引用
- Java层持有Native层对象一般很好解决，真毒C/C++来说，直接保存其内存地址或者内存数据即可。
- Native层只有Java层对象只能通过jclass、jstring、jobjectArray等来持有对象的引用。数据的保存，比如byte[]等数组类型除了持有引用外还提供一些额外的操作，像copy等，后面会有介绍。