Android零基礎進階 | JNI

JNI背景

Java的一個顯著的特點就是跨平臺，但是正因如此，Java和本地機器的交互就很少。但是在某些情況下，比如提升性能或實現特定需求，需要我們不得不使用調用C/C++來實現，因此JNI應運而生。

JNI和NDK的關係

Jni全稱：Java Native Interface，Java原生接口，是爲Java和C/C++等語言相互訪問提供的接口。
NDK全稱：Native Develop Kit ，原生開發工具集，爲了實現JNI所需要使用的工具。
一般都是編寫C/C++ Code，通過NDK生成.so文件，然後再通過JAVA調用其中的接口來實現相應的功能。
如果是IOS的小夥伴，個人感覺這種關係有點類似於Swift調用OC？

JNI的實現流程

Jni編寫大致過程

1. 首先聲明一個native方法
2. 通過javah生成相應的頭文件(有的會先javac生成class文件，試了直接javah好像也沒有問題= 。=)
3. 實現頭文件中聲明函數的方法
4. 編譯生成so文件
5. 在java中進行調用so文件
   

聲明Native方法

    public class Native{
        public static native void Hello();
    }

通過javah生成相應的Native頭文件

進入main目錄下。執行javah -encoding utf-8 包名命令，會看到生成了一個.h的頭文件

實現相應的方法

創建一個C/Cpp文件，然後將頭文件賦值到裏面進行少許修改，例如：

public static native int send_message(byte[] buffer, int size);

//.h 自動生成
JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_vpn_NativeClass_send_1message
  (JNIEnv *, jclass, jbyteArray, jint);
//.c
JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_vpn_NativeClass_send_1message
  (JNIEnv * env, jclass, jbyteArray byteData, jint size) {

    return 0;
}

關於JNIEnv
JNIEnv 是一個與線程相關的結構體，是c和java相互調用的橋樑，由於線程相關，所以線程B中不能使用線程A中的JNIEnv函數。

JNIEnv 與 JavaVM : 注意區分這兩個概念;

– JavaVM : JavaVM 是 Java虛擬機在 JNI 層的代表, JNI 全局僅僅有一個該虛擬機映射，所有線程共用一個;

– JNIEnv : JavaVM 在線程中的代表, 每一個線程都有一個, JNI 中可能有非常多個 JNIEnv;

JNIEnv 作用 :

– 調用 Java 函數 : JNIEnv 代表 Java 執行環境, 能夠使用 JNIEnv 調用 Java 中的代碼;

– 操作 Java 對象 : Java 對象傳入 JNI 層就是 Jobject 對象, 須要使用 JNIEnv 來操作這個 Java 對象;

數據類型

基礎數據類型

類型簽名

與JNIEnv相關的常用函數

//獲取jclass對象，參數：this的意思，就是native方法所在的類

1.GetObjectClass(jobject)

//獲取普通屬性id，第一個參數：類對象， 第二個參數：屬性名，第三個參數：屬性簽名

2.GetFieldID(jclass clazz, const char* name, const char* sig)

//設置int屬性的值， 第一個參數：this的意思， 第二個參數：獲取屬性id， 第三個參數：要設置的值

3.SetIntField(jobject obj, jfieldID fieldID, jint value)

當然這裏就只列舉SetIntField函數了，同理還有很多，比如：SetCharField，SetFloatField，SetObjectField …。有Set函數肯定也會有Get函數，與之對應的就是GetIntField(jobject obj, jfieldID fieldID)，這個函數是獲取指定屬性的值，參數含義同SetIntField函數

//獲取靜態屬性Id, 第一個參數：類對象， 第二個參數： 屬性名， 第三個參數： 屬性簽名

4.GetStaticFieldID(jclass clazz, const char* name, const char* sig)

//設置靜態屬性的值， 第一個參數： 類對象， 第二個參數： 屬性id， 第三個參數： 要設置的值

5.SetStaticIntField(jclass clazz, jfieldID fieldID, jint value)

//獲取函數id， 第一參數：類對象， 第二個參數：函數名， 第三個參數： 函數簽名

6.GetMethodID(jclass clazz, const char* name, const char* sig)

//調用java中的無返回值函數， 第一個參數： this的意思， 第二個參數： 函數id， 第三個參數：需要傳入的實參

7.CallVoidMethod(jobject obj, jmethodID methodID, …)

//獲取靜態函數id， 第一個參數： 類對象， 第二個參數： 函數名， 第三個參數： 函數簽名

8.GetStaticMethodID(jclass clazz, const char* name, const char* sig)

//調用java中無返回值的靜態函數， 第一個參數： 類對象， 第二個參數： 函數id， 第三個參數： 需要傳入的實參

9.CallStaticVoidMethod(jclass clazz, jmethodID methodID, …)

//生成一個jstring類型的方法轉換，該方法會返回一個jstring類型

10.NewStringUTF(const char* bytes)

//調用java中的對象類型（String類型被認爲對象類型），第一參數：this的意思， 第二個參數：函數Id， 第三個參數：需要傳入的實參

11.CallObjectMethod(jobject, jmethodID, …);

//獲取類中的對象屬性，第一個參數：this的意思 ， 第二個參數：屬性id

12.GetObjectField(jobject obj, jfieldID fieldID)

//根據子類的類對象，獲取父類的類對象， 第一參數：子類類對象

13.GetSuperclass(jclass clazz)

//調用java中父類的方法，第一個參數：子類的對象， 第二個參數：父類的類對象， 第三個參數：父類的函數id, 第四個參數：需要傳入的實參

14.CallNonvirtualVoidMethod(jobject obj, jclass clazz, jmethodID methodID, …)

NDK生成so的流程

編譯生成so的方式有：ndk-build和cmake，本處只介紹NDK的方式。

從上圖可知，如果只是使用SDK即只可以使用JAVA，如果要調用底層則需要NDK通過JNI來實現。

so生成具體流程如下：

1、在defaultConfig中添加NDK配置代碼：

externalNativeBuild {
	   ndk {
	       abiFilters "x86", "armeabi-v7a"	//最終要生成的.so所要支持的架構。
	   }
		externalNativeBuild {
		        ndkBuild {
		            path "src/main/jni/Android.mk"
		        }
		    }
		}

各CPU和ABI之間的關係：

CPU\ABI	armeabi	Armeabi-v7a	Arm64-v8a	X86	X86_64	Mips	Mips_64
Armeabi	支持
Armeabi-v7a	支持	支持
Arm64-v8a	支持	支持	支持
X86				支持
X86_64				支持	支持
Mips						支持
Mips_64						支持	支持

64位設備（arm64-v8a, x86_64, mips64）能夠運行32位的函數庫，但是是以32位模式運行，在64位平臺上運行32位版本的ART和Android組件，將丟失專爲64位優化過的性能（ART，webview，media等等）。
向後兼容（向下兼容）：即armeabi-v7a CPU支持armeabi-v7a 和armeabi ABI，兼容老版本。

Android如何加載So庫？
每一個CPU架構對應一個ABI目錄，會自動到相應目錄下進行查找。比如Armeabi-v7a的設備會先找armeabi-v7a目錄，如果目錄存在但是so不存在則會直接報錯。如果目錄存在且so也存在，則會適配成功。如果沒有armeabi-v7a目錄，則會向下查找armeabi目錄，過程同上。

2、在jni目錄下創建Android.mk

LOCAL_PATH := $(call my-dir)	//設置本地路徑，my-dir即包含Android.mk的目錄，當前目錄

include $(CLEAR_VARS)	//負責清理很多LOCAL_xxx，再進行新的設置前需要先清除

LOCAL_MODULE    := myTest	//生成庫的名字libmyTest.so
LOCAL_SRC_FILES := native-lib.cpp	//包含需要編譯的源文件

LOCAL_LDLIBS := -L$(SYSROOT)/usr/lib -llog

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)	//生成動態庫

3、clean->build後在build\intermediates\ndkBuild下查看

Java調用.so步驟：

1、將so放到jniLibs目錄下或者放在libs目錄下然後在build.gradle中添加：

sourceSets {
	 main {
		       jniLibs.srcDirs = ['libs']
	       }
}	

2、在java中加載庫後進行調用相應的接口。

static {
        System.loadLibrary("myTest");
}