JNI完全指南(十)——JavaVM与JNIEnv

JNI完全指南(十)——JavaVM与JNIEnv

标签（空格分隔）： JNI完全指南

版本：1
作者：陈小默
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发布于：作业部落、简书、CSDN博客

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十、JavaVM与JNIEnv

10.1 JNIEnv

JNIEnv类型是一个指向全部JNI方法的指针。该指针只在创建它的线程有效，不能跨线程传递。其声明如下：

struct _JNIEnv;
struct _JavaVM;
typedef const struct JNINativeInterface* C_JNIEnv;

#if defined(__cplusplus)
typedef _JNIEnv JNIEnv;
typedef _JavaVM JavaVM;
#else
typedef const struct JNINativeInterface* JNIEnv;
typedef const struct JNIInvokeInterface* JavaVM;
#endif

仅从这一部分我们可以看出的是对于JNIEnv在C语言环境和C++语言环境中的实现是不一样的。也就是说我们在C语言和C++语言中对于JNI方法的调用是有区别的。在C环境下其中方法的声明方式为：

struct JNINativeInterface {
    ...
    jint        (*GetVersion)(JNIEnv *);
    ...
};

于是我们在使用此方法的方式为：

    jint version = (*env)->GetVersion(env);

对于C++而言，这里进行了封装，其声明为

struct _JNIEnv {
    const struct JNINativeInterface* functions;

#if defined(__cplusplus)

    jint GetVersion()
    { return functions->GetVersion(this); }

    ...

#endif /*__cplusplus*/
};

这里可以看出，在C++环境的情况下，这里的使用方式为：

    jint version = env->GetVersion();

剩余的方法关于C和C++实现的差别基本如此。我们可以通过以下方法获取当前的JNI版本：

jint GetVersion(JNIEnv *env);

这里的返回值是宏定义的常量，我们可以使用获取到的值与下列宏进行匹配来知道当前的版本：

#define JNI_VERSION_1_1 0x00010001
#define JNI_VERSION_1_2 0x00010002
#define JNI_VERSION_1_4 0x00010004
#define JNI_VERSION_1_6 0x00010006

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10.2 JavaVM

JavaVM是虚拟机在JNI中的表示，一个JVM中只有一个JavaVM对象，这个对象是线程共享的。

通过JNIEnv我们可以获取一个Java虚拟机对象，其函数如下：

jint GetJavaVM(JNIEnv *env, JavaVM **vm);

• vm：用来存放获得的虚拟机的指针的指针。
• return：成功返回0，失败返回其他。

我们来看一下在C语言环境下，JNI中JVM的声明：

/*
 * JNI invocation interface.
 */
struct JNIInvokeInterface {
    void*       reserved0;
    void*       reserved1;
    void*       reserved2;

    jint        (*DestroyJavaVM)(JavaVM*);
    jint        (*AttachCurrentThread)(JavaVM*, JNIEnv**, void*);
    jint        (*DetachCurrentThread)(JavaVM*);
    jint        (*GetEnv)(JavaVM*, void**, jint);
    jint        (*AttachCurrentThreadAsDaemon)(JavaVM*, JNIEnv**, void*);
};

JNI中操作JVM的声明如下：

jint JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs(void*);
jint JNI_CreateJavaVM(JavaVM**, JNIEnv**, void*);
jint JNI_GetCreatedJavaVMs(JavaVM**, jsize, jsize*);

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

10.2.1 创建JVM

一般而言，调用JNI_CreateJavaVM创建JVM的线程被称为主线程。理论上来说，此方法不允许用户调用。

jint JNI_CreateJavaVM(JavaVM **p_vm, void **p_env, void *vm_args);

• p_vm：保存创建的虚拟机的指针。
• p_env：保存获得到的JNIEnv对象的指针。
• vm_args：一个JavaVMInitArgs类型的指针，用来设置初始化参数。
• return：创建成功返回JNI_OK，失败返回其他。

其中JavaVMInitArgs是存放虚拟机参数的结构体，定义如下：

typedef struct JavaVMOption {
    const char* optionString;
    void*       extraInfo;
} JavaVMOption;

typedef struct JavaVMInitArgs {
    jint        version;
    jint        nOptions;
    JavaVMOption* options;
    jboolean    ignoreUnrecognized;
} JavaVMInitArgs;

以下举例说明创建过程：

    JavaVMInitArgs vm_args;
    JavaVMOption options[4];

    options[0].optionString = "-Djava.compiler=NONE";           /* disable JIT */
    options[1].optionString = "-Djava.class.path=c:\myclasses"; /* user classes */
    options[2].optionString = "-Djava.library.path=c:\mylibs";  /* set native library path */
    options[3].optionString = "-verbose:jni";                   /* print JNI-related messages */

    vm_args.version = JNI_VERSION_1_2;
    vm_args.options = options;
    vm_args.nOptions = 4;
    vm_args.ignoreUnrecognized = TRUE;

    /* Note that in the JDK/JRE, there is no longer any need to call
     * JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs.
     */
    res = JNI_CreateJavaVM(&vm, (void **)&env, &vm_args);
    if (res < 0) ...

10.2.2 链接到虚拟机

JNIEnv指针仅在创建它的线程有效。如果我们需要在其他线程访问JVM，那么必须先调用AttachCurrentThread将当前线程与JVM进行关联，然后才能获得JNIEnv对象。当然，我们在必要时需要调用DetachCurrentThread来解除链接。

jint AttachCurrentThread(JavaVM* vm , JNIEnv** env , JavaVMAttachArgs* args);

• vm：虚拟机对象指针。
• env：用来保存得到的JNIEnv的指针。
• args：链接参数，参数结构体如下所示。
• return：链接成功返回0，连接失败返回其他。

struct JavaVMAttachArgs {
    jint        version;    /* must be >= JNI_VERSION_1_2 */
    const char* name;       /* NULL or name of thread as modified UTF-8 str */
    jobject     group;      /* global ref of a ThreadGroup object, or NULL */
};

10.2.3 解除与虚拟机的连接

下列函数用来解除当前线程与虚拟机之间的链接：

jint DetachCurrentThread(JavaVM* vm);

10.2.4 卸载虚拟机

调用JNI_DestroyJavaVM函数将会卸载当前使用的虚拟机。

jint DestroyJavaVM(JavaVM* vm);

10.2.5 动态加载本地方法

在JNI中有一组特殊的函数：

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

这一组函数的作用就是负责Java方法和本地C函数的链接。例如，我在Java代码中声明了这样一段本地代码：

package com.github.cccxm;
class NativeLib{
    public static native String getName(int number);
}

一般情况下，我们需要在本地源文件中声明如下：

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_github_cccxm_NativeLib_getName(JNIEnv *env,jobject thiz,jint number);

那么，Java方法和本地函数之间的映射关系编译器已经帮我们做了。如果在某些场景下，我们需要动态地加载本地方法。例如，我们现在仍使用NativeLib类，但是在本地代码中，我们声明了一个没有按照JNI规范命名的本地函数：

JNIEXPORT jstring JNICALL getName(JNIEnv *env, jclass clazz);

那么我们就必须使用动态关联的方式实现Java方法与本地函数的映射，代码如下：

extern "C"
JNIEXPORT jstring JNICALL getName(JNIEnv *env, jobject thiz, int number) {
    ALOGE("number is %d",number);
    return env->NewStringUTF("hello world");
}

static const char *CLASS_NAME = "com/github/cccxm/NativeLib";//类名

static JNINativeMethod method = {//本地方法描述
        "getName",//Java方法名
        "(I)Ljava/lang/String;",//方法签名
        (void *) getName //绑定本地函数
};

static bool
bindNative(JNIEnv *env) {
    jclass clazz;
    clazz = env->FindClass(CLASS_NAME);
    if (clazz == NULL) {
        return false;
    }
    return env->RegisterNatives(clazz, &method, 1) == 0;
}

JNIEXPORT jint JNICALL
JNI_OnLoad(JavaVM *vm, void *reserved) {
    JNIEnv *env = NULL;
    jint result = -1;

    if (vm->GetEnv((void **) &env, JNI_VERSION_1_6) != JNI_OK) {
        return result;
    }

    bool res = bindNative(env);
    ALOGE("bind result is %s",res?"ok":"error");

    // 返回jni的版本
    return JNI_VERSION_1_6;
}

注意：JNI_OnLoad方法在每一个.so库中只能存在一个。

10.2.6 卸载本地方法

在上面的例子中我们了解了如何动态加载一个本地方法，那么有加载就有卸载，接下来，我们看一下如何卸载一个本地方法。JNI_OnLoad方法是在动态库被加载时调用，而JNI_OnUnload则是在本地库被卸载时调用。所以这两个函数就是一个本地库最重要的两个生命周期方法。如果没有显式的卸载一个本地库则不会看到此方法被调用。以下举例说明用法：

...

static bool
unBindNative(JNIEnv *env) {
    jclass clazz;
    clazz = env->FindClass(CLASS_NAME);
    if (clazz == NULL) {
        return false;
    }
    return env->UnregisterNatives(clazz) == 0;
}

JNIEXPORT void JNICALL
JNI_OnUnload(JavaVM *vm, void *reserved) {
    JNIEnv *env = NULL;
    jint result = -1;

    if (vm->GetEnv((void **) &env, JNI_VERSION_1_6) != JNI_OK) {
        return;
    }
    bool res = unBindNative(env);
    ALOGE("unbind result is %s", res ? "ok" : "error");
}

10.2.7 获取默认虚拟机初始化参数

通过以下函数能够获取到默认的虚拟机初始化参数：

jint JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs(void *vm_args);

• vm_args：JavaVMInitArgs类型的参数，该结构体声明在10.2.1
• return：获取成功返回JNI_OK，失败返回其他。

10.2.8 获取Java虚拟机

通过以下方法可以获取到已经被创建的Java虚拟机对象。

jint JNI_GetCreatedJavaVMs(JavaVM **vmBuf, jsize bufLen, jsize *nVMs);

• vmBuf：用来保存Java虚拟机的缓冲区
• bufLen：缓冲区长度。
• nVms：实际获得到的Java虚拟机个数。
• return：获取成功返回JNI_OK，失败返回其他。

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后记

虽然整个系列内容并不多，但是中途任然好几次的想放弃，看来写系列博客并不是一件什么轻松的事。

这里送上一首颜真卿的诗，与君共勉

三更灯火五更鸡，
正是男儿读书时。
黑发不知勤学早，
白首方悔读书迟。

本系列完结，感谢各位读者的大力支持。其中内容会不断补充。如有不当之处，恳请批评指教。

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[1]ORACLE guides for JNI——Chapter 4: JNI Functions