JNI的理解以及实际应用

一、JNI（Java Native Interface）

       1、什么是JNI：

              JNI(Java Native Interface):java本地开发接口

              JNI是一个协议，这个协议用来沟通java代码和外部的本地代码(c/c++)

              外部的c/c++代码也可以调用java代码

       2、为什么使用JNI：

              效率上 C/C++是本地语言，比java更高效

              代码移植，如果之前用C语言开发过模块，可以复用已经存在的c代码

              java反编译比C语言容易，一般加密算法都是用C语言编写，不容易被反编译

       3、Java基本数据类型与C语言基本数据类型的对应

              

       3、引用类型对应

              

       4、堆内存和栈内存的概念

              栈内存：系统自动分配和释放，

                      保存全局、静态、局部变量，

                      在站上分配内存叫静态分配，

                      大小一般是固定的

              堆内存：程序员手动分配(malloc/new)和释放(free/java不用手动释放，由GC回收)，

                      在堆上分配内存叫动态分配，

                      一般硬件内存有多大堆内存就有多大

 

二、交叉编译

       1、交叉编译的概念

          交叉编译即在一个平台，编译出另一个平台能够执行的二进制代码

          主流平台有： Windows、 Mac os、 Linux

          主流处理器： x86、 arm、 mips

       2、交叉编译的原理

          即在一个平台上，模拟其他平台的特性

          编译的流程： 源代码-->编译-->链接-->可执行程序

       3、交叉编译的工具链

          多个工具的集合，一个工具使用完后接着调用下一个工具

       4、常见的交叉编译工具

          NDK(Native Development Kit): 开发JNI必备工具，就是模拟其他平台特性类编译代码的工具

          CDT(C/C++ Development Tools): 是Eclipse开发C语言的一个插件，高亮显示C语言的语法

          Cygwin: 一个Windows平台的Unix模拟器（可以参考之前博客Cygwin简介及使用）

       5、NDK的目录结构（可以在Google官网下载NDK开发工具，需要FQ）

          docs: 帮助文档

          build/tools：linux的批处理文件

          platforms：编译c代码需要使用的头文件和类库

          prebuilt：预编译使用的二进制可执行文件

          sample：jni的使用例子

          source：ndk的源码

          toolchains：工具链

          ndk-build.cmd:编译打包c代码的一个指令，需要配置系统环境变量

 

三、JNI的第一个例子

          好了，准备知识已经完毕，下面开始我们的一个JNI例子。

        1、新建一个Android项目，在根目录下创建 jni文件夹，用于存放 C源码。

        2、在java代码中，创建一个本地方法 getStringFromC 本地方法没有方法体。

1. private native String getStringFromC();

           3、在jni中创建一个C文件，定义一个函数实现本地方法，函数名必须用使用 本地方法的全类名，点改为下划线。

 1 #include 
 2 #include 
 3 #include 
 4 //方法名必须为本地方法的全类名点改为下划线，穿入的两个参数必须这样写，
 5 //第一个参数为Java虚拟机的内存地址的二级指针，用于本地方法与java虚拟机在内存中交互
 6 //第二个参数为一个java对象，即是哪个对象调用了这个 c方法
 7 jstring Java_com_mwp_jnihelloworld_MainActivity_getStringFromC(JNIEnv* env,
 8                                                                jobject obj){
 9     //定义一个C语言字符串
10     char* cstr = "hello form c";
11     //返回值是java字符串，所以要将C语言的字符串转换成java的字符串
12     //在jni.h 中定义了字符串转换函数的函数指针
13     //jstring   (*NewStringUTF)(JNIEnv*, const char*);
14     //第一种方法：很少用
15     jstring jstr1 = (*(*env)).NewStringUTF(env, cstr);
16     //第二种方法，推荐
17     jstring jstr2 = (*env) -> NewStringUTF(env, cstr);
18     return jstr2;
19 }

        4、在jni中创建 Android.mk文件，用于配置 本地方法

1. 

    LOCAL_PATH := $(call my-dir)
       include $(CLEAR_VARS)
       #编译生成的文件的类库叫什么名字
       LOCAL_MODULE    := hello
       #要编译的c文件
       LOCAL_SRC_FILES := Hello.c
       include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

   

            5、在jni目录下执行 ndk-build.cmd指令，编译c文件

         6、在java代码中加载编译后生成的so类库，调用本地方法，将项目部署到虚拟机上之后就会发现toast弹出的C代码定义的字符串，第一个例子执行成功了。

static{
        //加载打包完毕的 so类库
        System.loadLibrary("hello");
    }

         7、jni打包的C语言类库默认仅支持 arm架构，需要在jni目录下创建 Android.mk 文件添加如下代码可以支持x86架构

1. APP_ABI := armeabi armeabi-v7a x86

   
   四、JNI常见错误

         1、findLibrary returned null:

                CPU平台不匹配 或者 在加载类库时，类库名字写错了

         2、本地方法找不到：

                忘记加载类库了 或者 C代码中方法名写错了

   

五、javah工具与javap工具

         1、javah:  生成本地方法头文件

            需要在C/C++模块下才能生效

            在JDK1.7中，在src目录下执行javah 全类名

            在JDK1.6中，在bin/classes目录下执行

         2、javap:  打印方法签名

            在C语言中调用java的方法需要用到反射，C语言的反射需要一个方法签名，使用javap能够生成方法签名，很熟练的话也可以自己写方法签名

            在bin/classes目录下执行 javap -s 全类名

            

六、使用本地方法加密字符串的一个小例子

      C语言字符串与Java中的字符串类型不同，所以需要进行字符串类型转换。

      一个重要的思想：C语言计算字符串的长度不方便，但是java很方便，只需要调用一个length()方法就可以，所以像这种需求，那个语言有优势就用哪个语言算，算完当做参数传递给另一种语言就ok。

                      混合语言编程这应该是一种非常有用的思想。

     Java非常容易被反编译，所以加密都是用 c语言写的  

#include 
#include 
//将java字符串转换为c语言字符串（工具方法）
char*   Jstring2CStr(JNIEnv*   env,   jstring   jstr)
{
     char*   rtn   =   NULL;
     jclass   clsstring   =   (*env)->FindClass(env,"java/lang/String");
     jstring   strencode   =   (*env)->NewStringUTF(env,"GB2312");
     jmethodID   mid   =   (*env)->GetMethodID(env,clsstring,   "getBytes",   "(Ljava/lang/String;)[B");
     jbyteArray   barr=   (jbyteArray)(*env)->CallObjectMethod(env,jstr,mid,strencode); // String .getByte("GB2312");
     jsize   alen   =   (*env)->GetArrayLength(env,barr);
     jbyte*   ba   =   (*env)->GetByteArrayElements(env,barr,JNI_FALSE);
     if(alen   >   0)
     {
      rtn   =   (char*)malloc(alen+1);         //"\0"
      memcpy(rtn,ba,alen);
      rtn[alen]=0;
     }
     (*env)->ReleaseByteArrayElements(env,barr,ba,0);  //
     return rtn;
}
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_mwp_encodeanddecode_MainActivity_encode
  (JNIEnv * env, jobject obj, jstring text, jint length){
      char* cstr = Jstring2CStr(env, text);
      int i;
      for(i = 0;i){
          *(cstr+i) += 1; //加密算法，将字符串每个字符加1
      }
      return (*env)->NewStringUTF(env,cstr);
}
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_mwp_encodeanddecode_MainActivity_decode
(JNIEnv * env, jobject obj, jstring text, jint length){
     char* cstr = Jstring2CStr(env, text);
     int i;
     for(i = 0;i){
         *(cstr+i) -= 1;
     }
     return (*env)->NewStringUTF(env, cstr);
}

 

七、JNI操作一个数组（引用传递）

          传递数组其实是传递一个堆内存的数组首地址的引用过去，所以实际操作的是同一块内存，

          当调用完方法，不需要返回值,实际上参数内容已经改变，

          Android中很多操作硬件的方法都是这种C语言的传引用的思路

 1 public class MainActivity extends Activity {
 2     
 3     static{
 4         System.loadLibrary("encode");
 5     }
 6     int[] array = {1,2,3,4,5};
 7     @Override
 8     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
 9         super.onCreate(savedInstanceState);
10         setContentView(R.layout.activity_main);
11     }
12     
13     public void click(View v){
14         encodeArray(array);
15         //不需要返回值，实际操作的是同一块内存，内容已经发生了改变
16         for (int i : array) {
17             System.out.println(i);
18         }
19     }
20     
21     //传递数组其实是传递一个堆内存的数组首地址的引用过去，所以实际操作的是同一块内存，
22     //当调用完方法，不需要返回值,实际上参数内容已经改变，
23     //Android中很多操作硬件的方法都是这种C语言的传引用的思路，要非常熟练
24     private native void encodeArray(int[] arr);
25 }

 

 1 #include 
 2 /*
 3  * Class:     com_mwp_jniarray_MainActivity
 4  * Method:    encodeArray
 5  * Signature: ([I)V
 6  */
 7 JNIEXPORT void JNICALL Java_com_mwp_jniarray_MainActivity_encodeArray
 8   (JNIEnv * env, jobject obj, jintArray arr){
 9      //拿到整型数组的长度以及第0个元素的地址
10      //jsize       (*GetArrayLength)(JNIEnv*, jarray);
11     int length = (*env)->GetArrayLength(env, arr);
12     // jint*       (*GetIntArrayElements)(JNIEnv*, jintArray, jboolean*);
13     int* arrp = (*env)->GetIntArrayElements(env, arr, 0);
14     int i;
15     for(i = 0;i){
16         *(arrp + i) += 10; //将数组中的每个元素加10
17     }
18 }

 

八、偷用美图秀秀的C语言本地类库加深JNI的理解

    项目中不需要有c代码，只需要有一个编译过后的类库供Java调用就可以了。

    将美图秀秀的apk文件解压缩，将lib目录下C类库导入自己的项目，

    反编译美图秀秀的apk文件，将其本地方法类 JNI.java复制到自己的项目

    根据本地方法名和参数猜函数的作用及如何使用，

    下例调用了美图的一个LOMO美化效果

 1 public class MainActivity extends Activity {
 2     
 3     static{
 4         //加载美图秀秀的类库
 5         System.loadLibrary("mtimage-jni");
 6     }
 7     private ImageView iv;
 8     private Bitmap bitmap;
 9     @Override
10     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
11         super.onCreate(savedInstanceState);
12         setContentView(R.layout.activity_main);
13         
14         iv = (ImageView) findViewById(R.id.iv);
15         
16         bitmap = BitmapFactory.decodeFile("sdcard/aneiyi.jpg");
17         iv.setImageBitmap(bitmap);
18     }
19     
20     public void click(View v){
21         
22         int width = bitmap.getWidth();
23         int height = bitmap.getHeight();
24         
25         //用于保存所有像素信息的数组
26         int[] pixels = new int[width*height];
27         //获取图片的像素颜色信息，保存至pixels
28         bitmap.getPixels(pixels, 0, width, 0, 0, width, height);
29         
30         JNI jni = new JNI();
31         //调用美图秀秀本地库中的美图方法，靠猜
32         //arg0:保存了所有像素颜色信息的数组
33         //arg1:图片的宽
34         //arg2:图片的高
35         //此方法是通过改变pixels的像素颜色值来实现美化效果，传递一个数组参数是不需要返回值的
36         jni.StyleLomoB(pixels, width, height);
37         
38         Bitmap bmNew = Bitmap.createBitmap(pixels, width, height, bitmap.getConfig());
39         iv.setImageBitmap(bmNew);
40     }
41 }

 

九、在C语言中调用java方法（反射）

        1、有时需要在C语言中调用java的方法，如刷新UI显示加载资源进度

           在本地方法C语言代码中打印 Android的Logcat日志输出，Google已经帮我们封装好了方法，只需要调用一下就可以

           如果要输出中文的话，必须将C语言的文件编码改成 utf-8,否则乱码

           在C语言中调用java的方法需要用到反射，C语言的反射需要一个方法签名，使用javap能够生成方法签名，很熟练的话也可以自己写方法签名

           在bin/classes目录下执行 javap -s 全类名

 1 public class MainActivity extends Activity {
 2     static{
 3         System.loadLibrary("hello");
 4     }
 5     
 6     @Override
 7     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
 8         super.onCreate(savedInstanceState);
 9         setContentView(R.layout.activity_main);
10     }
11     
12     public void click(View v){
13         cLog();
14     }
15     
16     public native void cLog();
17     
18     public void show(String message){
19         Builder builder = new Builder(this);
20         builder.setTitle("标题");
21         builder.setMessage(message);
22         builder.show();
23     }
24     
25 }

#include 
#include 
#define LOG_TAG "System.out"
#define LOGD(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, LOG_TAG, __VA_ARGS__)
#define LOGI(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, LOG_TAG, __VA_ARGS__)
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_mwp_ccalljava2_MainActivity_cLog
  (JNIEnv * env, jobject obj){
    //打印log输出
    LOGD("我是C语言打印的debug日志");
    LOGI("我是C语言打印的info日志");
    //通过反射来调用java的方法，需要知道方法签名，使用javap得到方法签名
    //在bin/classes目录下执行 javap -s 全类名
    //1、得到类的字节码对象
    //jclass      (*FindClass)(JNIEnv*, const char*);
    jclass clazz = (*env)->FindClass(env, "com/mwp/ccalljava2/MainActivity");
    //jmethodID   (*GetMethodID)(JNIEnv*, jclass, const char*, const char*);
    jmethodID methodID = (*env)->GetMethodID(env, clazz, "show", "(Ljava/lang/String;)V");
    //void        (*CallVoidMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...);
    (*env)->CallVoidMethod(env,obj,methodID, (*env)->NewStringUTF(env, "这是弹窗的内容"));
}

LOCAL_PATH := $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_LDLIBS += -llog
LOCAL_MODULE    := hello
LOCAL_SRC_FILES := log.c
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

十、模拟监测压力传感器

        传感器的原理是使用敏感电阻如（光敏电阻，热敏电阻）等监测电流电压的变化

        Android程序只需要处理传感器传递的数据，并将其显示在界面上就可以。

        下面模拟一个压力传感器来练习JNI编程

 1 public class MainActivity extends Activity {
 2     static{
 3         System.loadLibrary("monitor");
 4     }
 5     private MyProgressBar mpb;
 6     @Override
 7     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
 8         super.onCreate(savedInstanceState);
 9         setContentView(R.layout.activity_main);
10         
11         mpb = (MyProgressBar) findViewById(R.id.mpb);
12         mpb.setMax(100);
13     }
14     
15     public void start(View v){
16         new Thread(){
17             public void run() {
18                 startMonitor();                
19             };
20         }.start();
21     }
22     
23     public void stop(View v){
24         stopMonitor();
25     }
26     
27     public native void startMonitor();
28     public native void stopMonitor();
29     
30     //供本地方法调用刷新UI
31     public void show(int pressure){
32         mpb.setPressure(pressure);
33     }
34 }

#include 
#include 
#include 
//模拟压力传感其传递数据
int getPressure(){
    return rand()%101;
}
//用于控制循环的开关
int monitor;
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_mwp_monitor_MainActivity_startMonitor
  (JNIEnv * env, jobject obj){
    monitor = 1;
    int pressure;
    jclass clazz;
    jmethodID methodid;
    while(monitor){
        //本地方法获取传感器数据
        pressure= getPressure();
        //使用反射调用java方法刷新界面显示
        //jclass      (*FindClass)(JNIEnv*, const char*);
        clazz= (*env)->FindClass(env, "com/mwp/monitor/MainActivity");
        //jmethodID   (*GetMethodID)(JNIEnv*, jclass, const char*, const char*);
        methodid= (*env)->GetMethodID(env, clazz, "show","(I)V");
        // void        (*CallVoidMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...);
        (*env)->CallVoidMethod(env, obj, methodid, pressure);
        sleep(1);
    }
}
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_mwp_monitor_MainActivity_stopMonitor
(JNIEnv * env, jobject obj){
    //结束循环
    monitor = 0;
}

 

十一、使用C++代码实现本地方法

         1、把c文件后缀名换成cpp

         2、Android.mk文件中的hello.c也要换成hello.cpp

         3、c++的使用的环境变量结构体中，访问了c使用的结构体的函数指针，函数名全部都是一样的，只是参数去掉了结构体指针

         4、访问函数指针时，把env前面的*号去掉，因为此时env已经是一级指针

         5、clean，清除之前编译的残留文件

         6、把声明函数的h文件放入jni文件夹中，include该h文

#include 
#include "com_mwp_cplusplus_MainActivity.h"
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_mwp_cplusplus_MainActivity_helloC
  (JNIEnv * env, jobject obj){
    char* cstr = "hello from c";
  //return (*env)->NewStringUTF(env, cstr);
    return env->NewStringUTF(cstr);
}