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-- 發布時間：2010-12-3 11:15:40
-- JNI技術與Android應用
1. 什么是 JNI
JNI是Java Native Interface的縮寫。從Java 1.1開始，JNI標準成為java平臺的一部分，它允許Java和其他語言進行交互。JNI一開始為C和C++而設計的，但是它并不妨礙你使用其他語 言，只要調用約定受支持就可以了。使用java與本地已編譯的代碼交互，通常會喪失平臺可移植性。但是，有些情況下這樣做是可以接受的，甚至是必須的，比 如，使用一些舊的庫，與硬件、操作系統進行交互，或者為了提高程序的性能。關于 JNI 的用法很簡單，有點像 java 里的 reflect 的工作機制，有興趣的朋友可以參看Java 本地接口規范 http://linux.computersci.net/art ... pec/jniTOC.doc.html
2. Jni程序開發的一般操作步驟如下：
(1) 編寫帶有native聲明的方法的java類
(2) 使用javac 或 IDE(JBuilder,eclipse等)編譯所編寫的java類
(3) 使用javah -jni java類名生成擴展名為h的頭文件
(4) 使用C++ 實現本地方法,對調用簽名可用 javap –s –p [類全名] 查看（開發 C++ 動態鏈接庫本例是用的 VC6）
注意要從 JDK下面的 include 文件夾中把 jni.h和 jni_md.h 兩個文件 copy 到你的 VC 工程里
(5) 在 Java 中 load 動態鏈接庫文件，調用 native 方法.
或者說將項目依賴的所有原生庫和資源加入到java項目的java.library.path，生成java程序
3. 開發實例
(1). 編寫 Java 類:
package org.jm.jni;
import java.util.ArrayList;
public class BackgroundProcess {
static {
System.loadLibrary("org_jm_jni_BackgroundProcess");
}
// 三個 native 方法和一個 int 變量
public native boolean checkValid();
public native void processData(BackgroundProcess bg);
public native void processGarbage(String[] bg);
public int num = 5;
// C++ 中可以調用的方法
public String backProcess(ArrayList<String> p) {
System.out.println("這是 Java 里的方法，在 C++ 中調用。");
System.out.println("這個方法，是 java 中 native checkValid 方法調用的。");
return "look up process ->" + p;
}
public static void main(String[] args) {
String[] array = new String[4];
array[0] = "jack";
array[1] = "maggie";
array[2] = "rocket";
array[3] = "tom";
BackgroundProcess bgP = new BackgroundProcess();
// 調用 C++ DLL 中定義的方法。
bgP.checkValid();// 該方法回調 java 中的 backProcess 方法,即java::checkValid->c++::checkValid->java::backProcess
bgP.processData(bgP);
bgP.processGarbage(array);
// C++ DLL 改變了該變量
System.out.println("number 現在的值是: " + bgP.num);
}
}
2. 生成 C++ 的頭文件（javah 命令生成，用javap –s –p [類全名] 命令查看java 方法簽名）
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include "jni.h"
/* Header for class org_jm_jni_BackgroundProcess */
#ifndef _Included_org_jm_jni_BackgroundProcess
#define _Included_org_jm_jni_BackgroundProcess
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* Class: org_jm_jni_BackgroundProcess
* Method: checkValid
* Signature: ()Z
*/
JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_org_jm_jni_BackgroundProcess_checkValid
(JNIEnv *, jobject);
/*
* Class: org_jm_jni_BackgroundProcess
* Method: processData
* Signature: (Lorg/jm/jni/BackgroundProcess;)V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_org_jm_jni_BackgroundProcess_processData
(JNIEnv *, jobject, jobject);
/*
* Class: org_jm_jni_BackgroundProcess
* Method: processGarbage
* Signature: ([Ljava/lang/String;)V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_org_jm_jni_BackgroundProcess_processGarbage
(JNIEnv *, jobject, jobjectArray);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
這里JNIEXPORT和JNICALL都是JNI的關鍵字，表示此函數是要被JNI調用的。例如jint是以JNI為中介使JAVA的int類型與本地 的int溝通的一種類型，我們可以視而不見，就當做int使用。函數的名稱是JAVA_再加上java程序的package路徑再加函數名組成的。參數 中，我們也只需要關心在JAVA程序中存在的參數，至于JNIEnv*和jclass我們一般沒有必要去碰它。
3. 開發 C++ DLL 的原文件 (記得要加入 jni.h 和 jni_md.h 兩個文件)
發布 DLL 文件, 我是配置了 path 環境變量
#include "org_jm_jni_BackgroundProcess.h"
#include <iostream.h>
#include <windows.h>
#include "string.h"
char* jstringTostring(JNIEnv* env, jstring jstr)
{
char* rtn = NULL;
jclass clsstring = env->FindClass("java/lang/String");
jstring strencode = env->NewStringUTF("utf-8");
jmethodID mid = env->GetMethodID(clsstring, "getBytes", "(Ljava/lang/String;)[B");
jbyteArray barr= (jbyteArray)env->CallObjectMethod(jstr, mid, strencode);
jsize alen = env->GetArrayLength(barr);
jbyte* ba = env->GetByteArrayElements(barr, JNI_FALSE);
if (alen > 0)
{
rtn = (char*)malloc(alen + 1);
memcpy(rtn, ba, alen);
rtn[alen] = 0;
}
env->ReleaseByteArrayElements(barr, ba, 0);
return rtn;
}
//char* to jstring
jstring stoJstring(JNIEnv* env, const char* pat)
{
jclass strClass = env->FindClass("Ljava/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");
return (jstring)env->NewObject(strClass, ctorID, bytes, encoding);
}
/*
* Class: org_jm_jni_BackgroundProcess
* Method: checkValid
* Signature: ()Z
*/
JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_org_jm_jni_BackgroundProcess_checkValid
(JNIEnv *env, jobject obj){
jclass bgpClass=env->GetObjectClass(obj);
jmethodID methodId=env->GetMethodID(bgpClass,"backProcess","(Ljava/util/ArrayList;)Ljava/lang/String;");
jobject str=env->CallObjectMethod(obj,methodId,NULL);
jfieldID fieldId=env->GetFieldID(bgpClass,"num","I");
jint number=env->GetIntField(obj,fieldId);
cout << "number 值是: " <<number << endl;
env->SetIntField(obj,fieldId,100L);
return 1;
}
/*
* Class: org_jm_jni_BackgroundProcess
* Method: processData
* Signature: (Lorg/jm/jni/BackgroundProcess;)V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_org_jm_jni_BackgroundProcess_processData
(JNIEnv *env, jobject, jobject){
cout<< "this function do nothing " << endl;
}
/*
* Class: org_jm_jni_BackgroundProcess
* Method: processGarbage
* Signature: ([Ljava/lang/String;)V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_org_jm_jni_BackgroundProcess_processGarbage
(JNIEnv *env, jobject, jobjectArray array){
jint size=env->GetArrayLength(array);
cout << "數組大小是: " << size << endl;
jstring tempObj=NULL;
char *pszSTR1 = NULL;
for(int i=0;i<size;i++){
cout << "current value is : " << i << endl;
tempObj=(jstring)env->GetObjectArrayElement(array,i);
const char * chars =env->GetStringUTFChars(tempObj, 0);
cout << chars << endl;
}
}
在此，針對andorid中c++與java中的方法互調，引用參考說明如下：
(1).andorid CPP調用java函數和訪問其成員:原理 => CPP代碼找到java的那個class里面的函數的入口地址,然后在CPP代碼中調用java代碼
步驟1) 用FindClass()函數找到該java類(如android.os.Binder)的實例對象的引用:
jclass clazz = env->FindClass(kBinderPathName) = env->FindClass("android.os.Binder")
步驟2) 用GetFieldID()函數獲取到要訪問的域(field: 實際上就是該java class中的某個成員變量的名字)的ID:
gBinderOffsets.mObject = env->GetFieldID(clazz, "mObject", "I") // mObject為java class "Binder"里的一個成員變量
-> 注意,這里將要訪問的那個java對象的成員mObject的ID保存到了全局變量gBinderOffsets.mObject中,這樣做的前提和優點如下:
前提: android里面,每個java進程中只允許有一個java虛擬機(sun公司原始的java架構中,一個進程中可以有多個java虛擬機)
優點: 除了第一次,以后每次要訪問該java對象的成員mObject就非常快了(不用再去FindClass()和GetFieldID())
步驟3) 用GetMethodID()函數獲取到要訪問的方法(Method: 實際上就是該java class中的某個成員函數的名字)的ID:
gBinderOffsets.mExecTransact = env->GetMethodID(clazz, "execTransact", "(IIII)Z") // execTransact為java class "Binder"里的一個成員函數
步驟4) 用類似于GetIntField()的函數獲取到該java對象的那個域(即成員)的值:
IBinder* target = (IBinder*)env->GetIntField(obj,gBinderProxyOffsets.mObject)
// 獲取java android.os.Binder類型對象里面的成員mObject的值
步驟5) 用類似于CallBooleanMethod()的函數調用到該java對象的那個成員函數:
jboolean res = env->CallBooleanMethod(mObject, gBinderOffsets.mExecTransact, code, (int32_t)&data, (int32_t)reply, flags)
(2).android java調用CPP函數: 原理 => 相當于java的那個class里面有的函數使用CPP代碼來實現了
1)通過結構JNINativeMethod描述java代碼調用函數和CPP函數的對應關系:
typedef struct {
const char* name; // java代碼調用CPP函數的入口
const char* signature; // CPP函數的返回值
void* fnPtr; // CPP的函數名
} JNINativeMethod;
=> 例如: java代碼通過IBinder.transact()來調用CPP的函數android_os_BinderProxy_transact()
{"transact", "(ILandroid/os/Parcel;Landroid/os/Parcel;I)Z", (void*)android_os_BinderProxy_transact},
2)將CPP函數注冊到java的某個class中: 使用函數AndroidRuntime::registerNativeMethods()來注冊
=> 這之后,java代碼就可以調用CPP函數了
3)java代碼調用CPP函數方法:
IBinder.transact()
總結其原理：C/C++要調用JAVA程序，必須先加載JAVA虛擬機，由JAVA虛擬機解釋執行class文件。為了初始化JAVA虛擬機，JNI提供了一系列的接口函數，通過這些函數方便地加載虛擬機到內存中。
1). 加載虛擬機：
函數：jint JNI_CreateJavaVM(JavaVM **pvm, void **penv, void args);
參數說明：JavaVM **pvm JAVA虛擬機指針,第二個參數JNIEnv *env是貫穿整個調用過程的一個參數,因為后面的所有函數都需要這個參數,需注意的是第三個參數,在jdk1.1與1.2版本有些不同,在JDK 1.1中第三個參數總是指向一個結構JDK1_ 1InitArgs，這個結構無法完全在所有版本的虛擬機中進行無縫移植。所以為了保證可移植性,建議使用jdk1.2的方法加載虛擬機。
2). 獲取指定對象的類定義:
有兩種方法可獲得類定義,一是在已知類名的情況使用FindClass來獲取；二是通過對象直接得到類定義GetObjectClass
3). 獲取要調用的方法：
獲得非靜態方法：
jmethodID (JNICALL *GetMethodID)(JNIEnv *env, jclass clazz, const char *name, const char *sig);
獲得靜態方法：
jmethodID (JNICALL *GetStaticMethodID)(JNIEnv *env, jclass class, const char *name, const char *sig);
參數說明：JNIEnv *env初始化是得到的JNI環境；jclass class前面已獲取到的類定義；const char *name方法名；const char *sig方法參數定義
4). 調用JAVA類方法：
函數：CallObjectMethod（JNIEnv *env， jobject obj, jmethodID mid）；
函數：CallStaticObjectMethod（（JNIEnv *env， jobject obj, jmethodID mid）；
5). 獲得類屬性的定義：
jfieldID (JNICALL *GetFieldID) (JNIEnv *env, jclass clazz, const char *name, const char *sig);
靜態屬性：
jfieldID (JNICALL *GetStaticFieldID) (JNIEnv *env, jclass clazz, const char *name, const char *sig);
6). 數組處理：
要創建數組首先要知道類型及長度，JNI提供了一系列的數組類型及操作的函數如：
NewIntArray、NewLongArray、NewShortArray、NewFloatArray、NewDoubleArray、 NewBooleanArray、NewStringUTF、NewCharArray、NewByteArray、NewString，訪問通過 GetBooleanArrayElements、GetIntArrayElements等函數。
7). 異常：
由于調用了Java的方法，會產生異常。這些異常在C/C++中無法通過本身的異常處理機制來捕捉到，但可以通過JNI一些函數來獲取Java中拋出的異常信息。
8).多線程調用
我們知道JAVA是非常消耗內存的，我們希望在多線程中能共享一個JVM虛擬機，真正消耗大量系統資源的是JAVA虛擬機jvm而不是虛擬機環境 env，jvm是允許多個線程訪問的，但是虛擬機環境只能被創建它本身的線程所訪問，而且每個線程必須創建自己的虛擬機環境env。JNI提供了兩個函 數：AttachCurrentThread和DetachCurrentThread。便于子線程創建自己的虛擬機環境。
4. java與dll交互的技術
目前java與dll交互的技術主要有3種：jni，jawin和jacob。Jni（Java Native Interface）是sun提供的java與系統中的原生方法交互的技術（在windows\\linux系統中，實現java與native method互調）。目前只能由c/c++實現。后兩個都是sourceforge上的開源項目，同時也都是基于jni技術的windows系統上的一個 應用庫。Jacob（Java-Com Bridge）提供了java程序調用microsoft的com對象中的方法的能力。而除了com對象外，jawin（Java/Win32 integration project）還可以win32-dll動態鏈接庫中的方法。就功能而言：jni >> jawin>jacob，其大致的結構如下圖：
就易用性而言，正好相反：jacob>jawin>>jni。
Jvm封裝了各種操作系統實際的差異性的同時，提供了jni技術，使得開發者可以通過java程序（代碼）調用到操作系統相關的技術實現的庫函數，從而與 其他技術和系統交互，使用其他技術實現的系統的功能；同時其他技術和系統也可以通過jni提供的相應原生接口開調用java應用系統內部實現的功能。在 windows系統上，一般可執行的應用程序都是基于native的PE結構，windows上的jvm也是基于native結構實現的。Java應用體 系都是構建于jvm之上。
Jni對于應用本身來說，可以看做一個代理模式。對于開發者來說，需要使用c/c++來實現一個代理程序（jni程序）來實際操作目標原生函數，java程序中則是jvm通過加載并調用此jni程序來間接地調用目標原生函數。
5. Android中jni的現有應用
(1).從如何載入.so檔案談起
由于Android的應用層的類都是以Java寫的，這些Java類編譯為Dex型式的Bytecode之后，必須靠Dalvik虛擬機(VM: Virtual Machine)來執行。VM在Android平臺里，扮演很重要的角色。此外，在執行Java類的過程中，如果Java類需要與C組件溝通時，VM就會 去載入C組件，然后讓Java的函數順利地調用到C組件的函數。此時，VM扮演著橋梁的角色，讓Java與C組件能通過標準的JNI介面而相互溝通。應用 層的Java類是在虛擬機(VM: Vitual Machine)上執行的，而C件不是在VM上執行，那么Java程式又如何要求VM去載入(Load)所指定的C組件呢? 可使用下述指令：
System.loadLibrary(*.so的檔案名);
例如，Android框架里所提供的MediaPlayer.java類，含指令：
public class MediaPlayer{
static {
System.loadLibrary("media_jni");
}
}
這要求VM去載入Android的/system/lib/libmedia_jni.so檔案。載入*.so之后，Java類與*.so檔案就匯合起來，一起執行了。