Android : C++調用Java

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通過這段時間接觸JNI的過程，覺得JNI裏面的坑還是挺多的，有的地方理解的也不是很周到，如果發現理解錯的地方，請大家能夠指出，我會立即改正。

JNI可以理解爲三層：Java層，JNI層，C++層。

Java層就是Java語言編寫的程序，C++層是純粹的C/C++語言，而JNI層是函數映射層類似於下面這種函數形式，這種形式的函數對應Java中的一個具體函數，如果對應Java中的具體函數是靜態函數則第二個參數就和下面一樣，如果是非靜態函數則第二個參數換爲jobject obj。

JNIEXPORT jint JNICALL someMethod(JNIEnv* env, jclass cls,...) // ...表示其它參數，而不是變長函數參數。

JNI層直接調用Java

如果想在JNI層直接調用Java層是很方便的，JNIEnv* env這個類型的變量直接提供了調用Java函數的方式，JNIEnv的含義是Java虛擬機的執行環境，可以通過它來操縱Java層中的類方法、對象方法，而jclass表示Java中的類，JNI層映射函數傳入的jclass和jobject表示該方法的類實例或對象實例，簡單的調用方法如下所示：

jclass clazz = env -> FindClass("utils/LogWriter");
jmethodID mid = env -> GetStaticMethodID(clazz,"aMethod","(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)V");
env -> CallStaticVoidMethod(clazz,mid, strArgs1,strArgs2);

步驟1：表示獲得Java虛擬機中的類，參數"utils/LogWriter"表示Java中一個自定義的類，也可以是Java類庫中的一個類，包名的使用類定義文件中開頭 package 後面的路徑加上"/類名"。簡單地說就是跟 import 這個類所帶有的參數是一樣的。

步驟2：在獲取Java中的一個類後，要繼續得到這個類的方法，通過得到的類clazz和環境變量env、方法名aMethod來得到方法的id，類型爲jmethodID，還要描述方法返回值和傳入參數，本例中的描述方式以"(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)V"表示，讀者可自行查閱描述方式的規則。

步驟3：通過環境變量env調用Java的方法，CallStaticVoidMethod爲調用靜態方法的方式。strArgs1和strArgs2爲Java方法傳入參數，在傳入之前先自己設定其值。

主線程中的C++層調用Java

對於C++來講在主線程中調用Java和在子線程中調用Java的方式不是完全一樣的，對C++層來說，一般不會有傳入的JNIEnv*，只能在需要調用Java的地方獲取，獲取時用到了C++中的一些函數，想要使用這些函數，先要導入"jni.h"，

既然沒有JNIEnv*的變量那就只能自己獲取，因爲它是調用Java的唯一途徑，獲取的方式是通過JavaVM* vm獲取的，JavaVM和JNIEnv一樣都是JNI機制中非常重要的一個變量，JavaVM表示Java虛擬機，但是JavaVM* vm是在什麼地方獲取的？這裏有一個誤區，網上的很多博客都說用JNI_CreateJavaVM函數，這在純粹的Java語言中是可以的，但是在Android中不能這麼使用，因爲Java語言在一個進程中可以創建多個虛擬機變量，而在Android虛擬機在一個進程中只能創建唯一一個虛擬機變量，並且因爲Android在運行的時候就已經創建了一個虛擬機變量，所以絕不會允許再創建一個。不能創建虛擬機變量但是可以設置指針指向已存在的虛擬機。我們可以使用

JNIEXPORT jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)

這個函數是一個系統調用，我們在Java中執行System.loadLibrary("xxx.so")函數時，該函數就會自動被調用，並且調用參數中有一個JavaVM*類型的指針。我們可以通過一個全局變量把它保存下來，並用它創建JNIEnv*，然後再使用JNIEnv*。這種方式的過程如下（注意這個函數一定要返回一個JNI版本的宏）：

JavaVM* jvm = nullptr;
JNIEXPORT jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
    if(vm == nullptr)
    {
        return JNI_ERR;
    }
    jvm = vm;
    return JNI_VERSION_1_6;
}

然後在其它函數中獲取JNIEnv*變量

JNIEnv* env = nullptr;
if(jvm->GetEnv((void **)&env, JNI_VERSION_1_6)!=JNI_OK)
{
    return JNI_ERR;
}

此函數雖然定義爲JNI層函數的模式，但是寫在C++層中也是沒有問題的。獲取JNIEnv*變量後我們就可以以JNI層一樣的方式來調用Java語言，還有就是這裏獲得JNIEnv*變量是通過jni.h中提供的GetEnv函數獲得的。

子線程中的C++層調用Java

在子線程中調用Java，又是不一樣的情況。但無論如何，只要想調用Java，就絕對少不了JNIEnv*變量的存在，事實上，也正是因爲JNIEnv*變量的某種特性導致了在子線程環境中調用方式與主線程的不同。

剛纔講到，在android中每個進程只能有一個虛擬機變量，所以不能再創建，但是可以定義多個虛擬機指針指向同一個虛擬機，JNIEnv*變量也有點相似，可以定義多個指針指向虛擬機環境，但是JNIEnv還有一個特性，它是附着在具體線程之上的，在主線程中獲取JNIEnv*變量是需要調用JavaVM調用GetEnv方法，但是在子線程中要使用AttachCurrentThread方法，否則無效。

在子線程下獲取JNIEnv*變量後，如果你在C++中調用的Java本身的類庫，那可能不會有問題，但若調用自定義的類，會出現找不到類的錯誤，因爲Java虛擬機的類加載器並沒有把自定義的類加載給子線程，解決的方案是我們需要在主線程中找到這個類，並把它加載爲全局類，然後通過類獲得方法ID，之後在子線程中使用這個全局類，如下：

JavaVM* jvm = nullptr;
jclass clazz = nullptr;
jclass global_clazz = nullptr;
jmethodID mid_static_method;

/*  executed after System.loadLibrary("xxx.so") */
JNIEXPORT jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
    if (vm == nullptr)
    {
        return JNI_ERR;
    }
    jvm = vm;
    JNIEnv* env = nullptr;
    if (jvm->GetEnv((void **)&env, JNI_VERSION_1_6)!=JNI_OK)
    {
        return JNI_ERR;
    }
    clazz = env -> FindClass("utils/JJLogWriter");
    if (clazz == nullptr)
    {
        return JNI_ERR;
    }
    global_clazz = (jclass)env->NewGlobalRef(clazz);
    if (global_clazz == nullptr) 
    {
        return JNI_ERR;
    }
    mid_static_method = env -> GetStaticMethodID(global_clazz,"c","(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)V");

    return JNI_VERSION_1_6;
}

JNIEXPORT void JNICALL JNI_OnUnload(JavaVM *vm, void *reserved)
{
    JNIEnv* env = nullptr;
    if (jvm->GetEnv((void **)&env, JNI_VERSION_1_6)!=JNI_OK)
    {
        return JNI_ERR;
    }
    env -> DeleteGlobalRef(global_clazz);
//    env -> DeleteLocalRef(mid_static_method);
    return;
}

在這裏調用了一個stoJstring函數，它是將const char*類型先轉換爲jbytearray類型，又將jbytearray類型轉換爲jstring類型，這樣做是爲了避免emoji類型的字符使jni.h中提供的NewStringUTF函數崩潰。stoJstring函數的定義如下。

jstring stoJstring(JNIEnv* env, const char* pat)
{
    jclass strClass = env->FindClass("java/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");

    jstring finalJstring = (jstring)env->NewObject(strClass, ctorID, bytes, encoding);

    env -> DeleteLocalRef(strClass);

    env -> DeleteLocalRef(bytes);

    env -> DeleteLocalRef(encoding);

    return finalJstring;
}

以下是我當時寫的一個demo，貼出來方便自己以後隨意查看

/*
 * created by txc
**/
JavaVM* jvm = nullptr;
jclass clazz = nullptr;
jclass global_clazz = nullptr;
jmethodID mid_static_method;
/*  executed after System.loadLibrary("xxx.so") */

JNIEXPORT jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
    if (vm == nullptr)
    {
        return JNI_ERR;
    }
    jvm = vm;
    JNIEnv* env = nullptr;
    
    if (jvm->GetEnv((void **)&env, JNI_VERSION_1_6)!=JNI_OK)
    {
        return JNI_ERR;
    }
    clazz = env -> FindClass("utils/JJLogWriter");
    if (clazz == nullptr)
    {
        return JNI_ERR;
    }
    global_clazz = (jclass)env->NewGlobalRef(clazz);
    if (global_clazz == nullptr) 
    {
        return JNI_ERR;
    }
    mid_static_method = env -> GetStaticMethodID(global_clazz,"c","(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)V");

    return JNI_VERSION_1_6;
}

JNIEXPORT void JNICALL JNI_OnUnload(JavaVM *vm, void *reserved)
{
    JNIEnv* env = nullptr;
    if (jvm->GetEnv((void **)&env, JNI_VERSION_1_6)!=JNI_OK)
    {
        return JNI_ERR;
    }
    env -> DeleteGlobalRef(global_clazz);
    return;
}

jstring stoJstring(JNIEnv* env, const char* pat)
{
    jclass strClass = env->FindClass("java/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");

    jstring finalJstring = (jstring)env->NewObject(strClass, ctorID, bytes, encoding);

    env -> DeleteLocalRef(strClass);

    env -> DeleteLocalRef(bytes);

    env -> DeleteLocalRef(encoding);

    return finalJstring;
}

void JJLog2Java(const char* location,const char* cstr)
{
    JNIEnv* env = NULL;
    jstring strArgs = NULL;
    jstring strLocation = NULL;
    if (jvm->AttachCurrentThread((void**)&env, NULL))
    {
        return;
    }
    strArgs = stoJstring(env,cstr);
    strLocation = env -> NewStringUTF(location);
    env -> CallStaticVoidMethod(global_clazz,mid_static_method, strLocation,strArgs);
    env -> DeleteLocalRef(strArgs);
    env -> DeleteLocalRef(strLocation);
    jvm->DetachCurrentThread();
}

此外，在JNI程序的編寫中要時刻注意內存泄漏問題，不僅是C/C++語言本身的內存泄漏，JNI還有自己的內存管理方式，稍有不當就會造成內存泄漏，這裏推薦一篇JNI內存泄漏的文章，講得非常透徹。

JNI內存泄漏問題參考：https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-jnileak/

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