Android NDK开发之旅(1)： Eclipse中NDK环境搭建与JNI开发流程

Android NDK开发之旅(1)：Eclipse中NDK环境搭建与JNI开发流程

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前言

       看着本篇文章的标题，或许你会问现在AndroidStudio版本都更新到3.0了，从2.2开始就可以直接使用Cmake来构建NDK项目，根本没有必要再去研究NDK在Eclipse中的开发。嗯，在我使用过AndroidStudio构建NDK项目后，我也是这种想法，通过cmake编译C/C++代码来构建NDK开发框架确实是非常智能、步骤也很简单，完全可以秒杀Eclipse。但是，对于从来没有开发NDK项目的人来说，直接上AS开发可能一是无法明白这其中的原理，比如Android项目是如何构建C/C++开发环境的、Java层和C/C++层是如何映射的等等，这就是我打算写这篇文件的原因。

1. NDK/JNI简介

     AndroidFramework由基于Java语言的Java层与基于C/C++语言的C/C++层组成，在某些情况下，为了将Java(上层)与C/C++(底层)有机地联系起来，使得他们相互协调，共同完成某些任务，Android引入了Java本地接口(JNI,JavaNative interface),它允许Java代码与基于C/C++编写的应用程序、模块和库进行交互操作。在AndroidFramework中，借助JNI综合了Java语言与C/C++等本地语言的优点，使得开发者既可以利用Java语言跨平台、类库丰富、开发便捷等特点，又可以利用本地语言开发运行效率更高、更健壮、更安全的程序。使用JNI几种情况：

(1)注重处理速度(栈、堆速度区别)

     与本地代码(C/C++等)相比，Java代码的执行速度要慢一些。如果对某段程序的执行速度有较高的要求，建议使用C/C++编写代码。而后在Java中通过JNI调用基于C/C++编写的部分，常常能够获得很快的运行速度。

(2)硬件控制

     为了更好地控制硬件，硬件控制代码通常使用C语言编写。而后借助JNI将其与Java层连接起来，从而实现对硬件的控制。另外，假如搭载Android的设备上安装AndroidFramework不支持的硬件时，可以使用C语言实现设备的驱动程序，以便对设备进行控制。

(3)既有C/C++代码的复用

     在程序编写过程中，常常会使用一些已经编写好的C/C++代码，既提高了编程效率，又确保了程序的安全性与健壮性，在复用这些C/C++代码时，就要通过JNI来实现。

(4)防止被反编译，提高app安全性

2. NDK开发环境配置

* NDK：android-ndk-r10c(32位)

* JDK：jdk1.8.0_20(32位)

* NDK插件：com.android.ide.eclipse.ndk_23.0.7.2120684.jar

                        com.android.ide.eclipse.ndk.feature_23.0.7.2120684(目录)

(1) 配置环境变量

      将JDK和NDK相关路径配置到环境变量中，需要注意的是，JDK的版本要与NDK版本一致，否则会报错，比如系统是64位那么JDK和NDK应该都是64位的版本。path变量添加：;%NDK_HOME%;%JAVA_HOME%;%JAVA_HOME%\include;%JAVA_HOME%\bin;%JAVA_JRE%; ，其中，NDK_HOME 、JAVA_HOME分别为android-ndk-r10c、jdk1.8.0_20的根目录路径。然后，在cmd窗口中敲入”ndk-build”命令，如果出现以下信息，即可说明NDK环境配置成功。

(2) 配置NDK选项

     “Window->Preferences->NDK选项”中配置AndroidNDK开发环境，有可能你的Elipse没有这个NDK选项，那是因为Eclipse没有安装NDK插件，我们可以手动来进行安装，即分别将com.android.ide.eclipse.ddms_23.0.7.2120684.jar、com.android.ide.eclipse.ndk.feature_23.0.7.2120684(目录)拷贝到Eclipse安装目录下的plugins和features目录，重启Eclipse。

(3) AddAndroid Native Support，创建JNI目录

     在Eclipse中进行NDK开发，最核心的地方就是Android工程中的JNI目录，所有一切与C/C++有关的开发与配置均是在该目录下实现的。

(4)  配置javah.exe命令到Eclipse，方便生成头文件

     javah.exe命令是JDK提供的工具，位于C:\ProgramFiles\Java\jdk1.8.0_20\bin目录下，主要用于生成JNI开发所需的且与Native方法对应的头文件。通常，我们主要是通过CMD命令窗口执行javah命令行得到所需的头文件，但CMD生成头文件操作有点麻烦。这里为了方便，只需将javah配置到Eclipse即可直接在JNI目录下生成目标头文件，其中javah命令行执行相关参数为：

-v-classpath "${project_loc}/bin/classes" -d"${project_loc}/jni" -jni ${java_type_name}

说明：

       -v：启用详细输出；

       -classpath ：指定加载类的路径(C/C++头文件是通过.class文件生成的)；

       -d

：头文件输出目录，即选中工程下的jni目录；

       -jni：指定需要编译的类名，即包含native方法的Java类的类名；

javah命令使用方法：

先选中包含native方法的java类，再执行javah命令。    (注意：需要refresh下JNI目录才能显示头文件)      

(5)  为目标工程配置ndk-build命令，方便编译生成.so文件

     HelloJni命令使用方法：

     选中Android工程，执行HelloJni命令，会自动在libs目录下生成相应平台的.so文件。

2.JNI开发流程解析

(1)  JNI工程目录结构

      根据HelloJni工程结构图可知，JNI目录主要包含三个文件：HelloJni.cpp、Android.mkcom_example_hellojni_CalculateUtils.h。其中，HelloJni.cpp是C++函数实现；Android.mk是C/C++配置文件，主要用于配置动态库的名称、有哪些C/C++文件等信息；com_example_hellojni_CalculateUtils.h是使用javah命令自动生成且与Java层native方法相对应的头文件。在Eclipse中，JNI开发流程如下：

a)     Java层编写native方法，即CalculateUtils.java；

b)     使用javah工具生成C语言头文件，即com_example_hellojni_CalculateUtils.h。需要注意的是每次修改或增加了native方法，都要重新生成头文件；

c)     拷贝头文件声明的函数到HelloJni.cpp，编写C/C++代码实现功能逻辑；如果使用的c开发(xxx.c)，可能会报"Method can not resolved"异常，且使用(*env)->无法补全方法，这种情况是可以正常编译的，可以通过右键工程 property->C/C++ General->Code Analysis—>配置当前工程(或者workspace)->使 method cannot be resolved  不选中(即此项不进行报错 )，C++开发就不会出现上述情况；

d)    使用ndk工具生成共享库.so，即libHelloJni.so。需要注意的是，每次修改了C/C++层函数的相关代码，都要重新生成共享库；

e)     运行Android工程；

(2)  Native本地方法创建

/** 本地方法
 * Created by jiangdg on 2017/5/17.
 */
public classCalculateUtils {
// 加载动态库，其中JNITest为Lib名称
// 通过Android.mk中的LOCAL_MODULE字段值可知
    static {
       System.loadLibrary("JNITest");
}
 
// 使用native关键字声明该方法的具体实现是在本地层，使用C/C++开发
    public static native int getAddResult(inta,int b);
    public static native StringgetEncryptString(String str);
}

(3)  C/C++本地方法实现与日志打印

#include 
#include 
#include 
#include "com_example_hellojni_CalculateUtils.h"
#define  LOG_TAG "laojiang"
// 不带格式log
#define LOGI(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,LOG_TAG,"%s",__VA_ARGS__)
#define LOGD(...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG,LOG_TAG,"%s",__VA_ARGS__)
#define LOGW(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_WARN,LOG_TAG,"%s",__VA_ARGS__)
#define LOGE(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR,LOG_TAG,"%s",__VA_ARGS__)
// 带格式log
#define LOG_I(format,...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,LOG_TAG,format,__VA_ARGS__)
#define LOG_D(format,...) __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG,LOG_TAG,format,__VA_ARGS__)
#define LOG_W(format,...) __android_log_print(ANDROID_LOG_WARN,LOG_TAG,format,__VA_ARGS__)
#define LOG_E(format,...) __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR,LOG_TAG,format, __VA_ARGS__)
 
JNIEXPORT jintJNICALL Java_com_example_hellojni_CalculateUtils_getAddResult
  (JNIEnv *env, jclass jobj, jint numA, jintnumB){
    int i,result = 0;
    for (i = numA; i <= numB ; ++i) {
        result += i;
    }
    LOGI("计算和...");
    LOG_D("result = %d",result);
    return result;
}
 
JNIEXPORTjstring JNICALL Java_com_example_hellojni_CalculateUtils_getEncryptString
  (JNIEnv *env, jclass jobj, jstring str){
       // jstring转const char*
       const char* temp =env->GetStringUTFChars(str,JNI_FALSE);
       LOGI("jstring转constchar*...");
       LOG_D("temp =%s",temp);
    // 拼接字符串
    strcat((char *)temp,"jiangdongguo");
    // 释放资源，防止内存溢出
    jstring result =  env->NewStringUTF(temp);
    env->ReleaseStringUTFChars(str,temp);
    return result;
}

JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_example_hellojni_CalculateUtils_getAddResult(JNIEnv *env, jclass jobj, jint numA, jintnumB)

JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_example_hellojni_CalculateUtils_getAddResult(JNIEnv *env, jclass jobj, jint numA, jintnumB)

解析：

     上面两个函数即为Java层native方法在C/C++层的函数映射，当在Java层调用getAddResult(inta,int b)方法时，实际最终调用的是JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_example_hellojni_CalculateUtils_getAddResult(JNIEnv *env, jclass jobj, jint numA, jintnumB)。其实，从该函数的结构来看，它与getAddResult(inta,int b)方法都有着千丝万缕的关系：JNIEXPORT 返回值 JNICALL  Java_包名_类名_方法名(参数列表)，其中，env参数表示的是JNI环境变量，我们可以通过它调用JNI相关的API实现Java与C/C++之间的转换开发，jobj参数表示Java中getAddResult方法属于的Java类对象，通过它我们可以在C/C++层轻松调用Java层该对象的其他属性和方法。

#define LOGI(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,LOG_TAG,"%s",__VA_ARGS__)

#define LOG_I(format,...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,LOG_TAG,format,__VA_ARGS__)

解析：

      #define是宏定义，表明使用LOGI(...)用来替换后面的一串；__android_log_print函数来源于android/log.h(源码中声明为：int __android_log_print(int prio, const char *tag,  const char *fmt, ...))，C/C++层打印日志就靠它来实现，它的第一个参数是日志的等级，类似如java层中的info、debug、warn、error，第二个参数为日志打印tag，第三个参数表示输出格式，第四个参数表示若干个变量参数。

(4)  Android.mk配置文件分析

LOCAL_PATH :=$(call my-dir)
 
include $(CLEAR_VARS)
# 指定共享库名称 
LOCAL_MODULE    := HelloJni 
# 使C/C++支持android/log.h，日志打印
LOCAL_LDLIBS:=  -L$(call host-path, $(LOCAL_PATH))-lm -llog -lc
# 添加实现的C/C++文件，比如我们又在jni目录下添加了一个test.c文件，那么
#LOCAL_SRC_FILES:= HelloJni.cpp test.c
LOCAL_SRC_FILES:= HelloJni.cpp
include$(BUILD_SHARED_LIBRARY)

3.C/C++层日志打印与最终效果

(1)日志打印

(2)效果演示