JNI基础知识
JNI(Java Native Interface)，它是java中的一套接口，用来跟c和c++通信。
JNI中的数据类型
java中的数据类型和c的数据类型之间的映射关系：
java->JNI->c/c++
基本数据类型：
| java | JNI |
|---|---|
| boolean | jboolean |
| byte | jbyte |
| char | jchar |
| short | jshort |
| int | jlong |
| long | jchar |
| float | jfloat |
| double | jdouble |
| void | void |
引用类型：
| java | JNI |
|---|---|
| String | jstring |
| object | jobject |
| class | jclass |
| byte[] | jByteArray |
| object[] | jobjectArray |
JNI开发流程的步骤
- 编写native方法
- javah命令，生成.h头文件
- 复制.h头文件到CPP工程中
- 复制jni.h和jni_md.h文件到CPP工程中
- 创建jni目录
- 添加本地支持add native support
- 实现.h头文件中声明的函数
- 生成动态库Windows系统下是.dll文件，如果是Linux系统下是.so文件，如果是Mac系统下是.jnilib
- 令执行Java程序，加载动态库
java调用C，例如下面返回一个字符串
public class JniTest {
//写一个native方法
public native static String getStringFromC();
public static void main(String[] args) {
String text = getStringFromC();
System.out.println(text);
}
//加载动态库
static{
System.loadLibrary("jni_study");
}
}
C中
//函数实现
//Java_包名_类名_方法名
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_chs_jni_JniTest_getStringFromC
(JNIEnv *env, jclass jcls){
//JNIEnv 结构体指针 env是二级指针
//代表Java运行环境，调用Java中的代码
//将C的字符串转为一个java字符串
return (*env)->NewStringUTF(env,"C String");
}
C调用java中的方法
访问属性，访问静态属性，访问方法，访问静态方法
先在java中定义相关的属性和方法
public class JniTest {
//加载动态库
static{
System.loadLibrary("jni_test");
}
public String name = "chs";
public static int count = 9;
public native static String getStringFromC();
public native String getString2FromC(int i);
//访问属性，返回修改之后的属性内容
public native String accessField();
//c调用java中的静态变量
public native void accessStaticField();
//c调用java中的方法
public native void accessMethod();
//c调用java中的静态方法
public native void accessStaticMethod();
//c调用java中的构造方法
public native void accessConstructor();
//c调用java中的父类的方法
public native void accessNonvirtualObjectMethod();
//中文
public native String chuneseChars(String in)
//传入数组
public native void giveArray(int[] array);
//获取数组
public native int[] getArray(int len);
//获取本地引用
public native void loaclRef();
public static void main(String[] args) {
String text = getStringFromC();
System.out.println(text);
JniTest t = new JniTest();
text = t.getString2FromC(6);
System.out.println(text);
t.accessField();
t.accessStaticField();
t.accessMethod();
t.accessStaticMethod();
int[] array = {9,100,10,37,5,10};
//排序
t.giveArray(array);
for (int i : array) {
System.out.println(i);
}
int[] array2 = t.getArray(10);
System.out.println("------------");
for (int i : array2) {
System.out.println(i);
}
//全局引用
t.createGlobalRef();
System.out.println(t.getGlobalRef());
//用完之后释放
t.deleteGlobalRef();
System.out.println("释放完了...");
//System.out.println(t.getGlobalRef());
//Java中捕捉C中的异常Exception是无法捕捉到的
//得用Throwable捕获
try {
t.exeception();
} catch (Exception e) {
System.out.println("发生异常："+e.getMessage());
}
System.out.println("--------异常发生之后-------");
//C中手动抛出来的异常可以捕捉到
try {
t.exeception();
} catch (Exception e) {
//e.printStackTrace();
System.out.println(e.getMessage());
}
//不断调用cached方法
for (int i = 0; i < 100; i++) {
t.cached();
}
}
//产生指定范围的随机数
public int genRandomInt(int max){
return new Random().nextInt(max);
}
//产生UUID字符串
public static String getUUID(){
return UUID.randomUUID().toString();
}
1.访问属性
这里会用到属性签名
| 数据类型 | 签名 |
|---|---|
| boolean | Z |
| byte | B |
| char | C |
| short | S |
| int | I |
| long | L |
| float | F |
| double | D |
| void | V |
| object | L开头，然后以/分割包的完整类型，后面再加; 比如String的签名就是Ljava/long/String |
| Array | 以[开头，在加上数组元素类型的签名， 比如int[],签名是[I，int[][]的签名是[[I， object[]的签名是[Ljava/lang/Object |
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_chs_JniTest_accessField
(JNIEnv *env, jobject jobj){
//jobj是t对象，JniTest.class
jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, jobj);
//jfieldID
//属性名称，属性签名
jfieldID fid = (*env)->GetFieldID(env, cls, "key", "Ljava/lang/String;");
//jason >> super jason
//获取key属性的值
//GetField
jstring jstr = (*env)->GetObjectField(env, jobj, fid);
printf("jstr:%#x\n",&jstr);
//jstring -> c字符串
//isCopy 是否复制（true代表赋值，false不复制）
char *c_str = (*env)->GetStringUTFChars(env,jstr,JNI_FALSE);
//拼接得到新的字符串
char text[20] = "super ";
strcat(text,c_str);
//c字符串 ->jstring
jstring new_jstr = (*env)->NewStringUTF(env, text);
//修改key
//SetField
(*env)->SetObjectField(env, jobj, fid, new_jstr);
printf("new_jstr:%#x\n", &new_jstr);
return new_jstr;
}
2.访问静态属性
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_chs_JniTest_accessStaticField
(JNIEnv *env, jobject jobj){
//jclass
jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, jobj);
//jfieldID
jfieldID fid = (*env)->GetStaticFieldID(env, cls, "count", "I");
//GetStaticField
jint count = (*env)->GetStaticIntField(env, cls, fid);
count++;
//修改
//SetStaticField
(*env)->SetStaticIntField(env,cls,fid,count);
}
3.访问java方法
这里需要用到方法的签名，方法的签名的获取，可以通过javap命令，打开命令行，进入我们的java类所在的文件夹，执行javap命令 比如
javap -s -p com.chs.JniTest
执行上面的命令，就可以看到该类下面所有属性和方法的签名了。
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_chs_JniTest_accessMethod
(JNIEnv *env, jobject jobj){
//jclass
jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, jobj);
//jmethodID 最后一个参数是方法的签名
jmethodID mid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "genRandomInt", "(I)I");
//CallMethod
jint random = (*env)->CallIntMethod(env, jobj, mid, 200);
printf("random num:%ld",random);
4.访问静态方法
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_chs_JniTest_accessStaticMethod
(JNIEnv *env, jobject jobj){
//jclass
jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, jobj);
//jmethodID
jmethodID mid = (*env)->GetStaticMethodID(env, cls, "getUUID", "()Ljava/lang/String;");
//CallStaticMethod
jstring uuid = (*env)->CallStaticObjectMethod(env, cls, mid);
//随机文件名称 uuid.txt
//jstring -> char*
//第三个参数isCopy JNI_FALSE，代表java和c操作的是同一个字符串
char *uuid_str = (*env)->GetStringUTFChars(env, uuid, NULL);
//拼接
char filename[100];
sprintf(filename, "D://%s.txt",uuid_str);
FILE *fp = fopen(filename,"w");
fputs("i love jason", fp);
fclose(fp);
}
5.访问构造方法
访问构造方式的时候需要传入一个""参数
//使用java.util.Date产生一个当前的时间戳
JNIEXPORT jobject JNICALL Java_com_chs_JniTest_accessConstructor
(JNIEnv *env, jobject jobj){
//找到要访问的class
jclass cls = (*env)->FindClass(env, "java/util/Date");
//找到它的构造方法
jmethodID constructor_mid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "" , "()V");
//实例化一个Date对象
jobject date_obj = (*env)->NewObject(env, cls, constructor_mid);
//找到想要调用的方法
jmethodID mid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "getTime", "()J");
//调用getTime方法
jlong time = (*env)->CallLongMethod(env, date_obj, mid);
printf("\ntime:%lld\n",time);
return date_obj;
}
6.调用父类的方法
Java中定义一个父类Human，和一个子类Man，父类中有个方法sayHai，子类重写该方法。
java中
Human human = new Man();
C中
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_chs_JniTest_accessNonvirtualMethod
(JNIEnv *env, jobject jobj){
//拿到该对象
jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, jobj);
//找到属性的ID
jfieldID fid = (*env)->GetFieldID(env, cls, "human", "Lcom/chs/Human;");
//获取man属性（对象
jobject human_obj = (*env)->GetObjectField(env, jobj, fid);
//知道父类，注意：传父类的名称
jclass human_cls = (*env)->FindClass(env, "com/chs/Human");
//执行sayHi方法
jmethodID mid = (*env)->GetMethodID(env, human_cls, "sayHi", "()V");
//执行CallObjectMethod，还是会调用子类的方法
//(*env)->CallObjectMethod(env, human_obj, mid);
//使用CallNonvirtualObjectMethod可以调用的父类的方法
(*env)->CallNonvirtualObjectMethod(env, human_obj, human_cls, mid);
}
7.从C中返回中文乱码问题
C中字符串默认是UTF-16，想要返回到Java中不乱码，需要进行转码，C中转码非常麻烦，通过C调用Java中的String提供的类来进行转码就简单了很多。
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_chs_JniTest_chineseChars
(JNIEnv *env, jobject jobj, jstring in){
//输出
//char *c_str = (*env)->GetStringUTFChars(env, in, NULL);
//printf("%s\n",c_str);
//c 转化成 jstring
char *c_str = "我是C中的文字";
//char c_str[] = "我是C中的文字";
//jstring jstr = (*env)->NewStringUTF(env, c_str);
//执行String(byte bytes[], String charsetName)构造方法需要的条件
//1.jmethodID
//2.byte数组
//3.字符编码jstring
//找到String类，并回去构造方法的ID
jclass str_cls = (*env)->FindClass(env, "java/lang/String");
jmethodID constructor_mid = (*env)->GetMethodID(env, str_cls, "" , "([BLjava/lang/String;)V");
//jbyte 转换成 char
//jbyteArray -> char[]
jbyteArray bytes = (*env)->NewByteArray(env, strlen(c_str));
//byte数组赋值，C中的char跟jbyte类型是一样的
//0->strlen(c_str)，从头到尾
//对等于，从c_str这个字符数组，复制到bytes这个字符数组
(*env)->SetByteArrayRegion(env, bytes, 0, strlen(c_str), c_str);
//字符编码jstring
jstring charsetName = (*env)->NewStringUTF(env, "GB2312");
//调用构造函数，返回编码之后的jstring
return (*env)->NewObject(env,str_cls,constructor_mid,bytes,charsetName);
}
8.Java传数组到C中
传入一个数组并排序，操作完一定要同步回去
//比较的方法
int compare(int *a,int *b){
return (*a) - (*b);
}
//传入
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_chs_JniTest_giveArray
(JNIEnv *env, jobject jobj, jintArray arr){
//jintArray -> jint指针 -> c int 数组
jint *elems = (*env)->GetIntArrayElements(env, arr, NULL);
//printf("%#x,%#x\n", &elems, &arr);
//数组的长度
int len = (*env)->GetArrayLength(env, arr);
//排序
qsort(elems, len, sizeof(jint), compare);
//同步
//0, Java数组进行更新，并且释放C/C++数组
//JNI_ABORT, Java数组不进行更新，但是释放C/C++数组
//JNI_COMMIT，Java数组进行更新，不释放C/C++数组（函数执行完，数组还是会释放）
(*env)->ReleaseIntArrayElements(env, arr, elems, JNI_COMMIT);
}
9.C返回数组到Java
操作完一定要同步回去
JNIEXPORT jintArray JNICALL Java_com_chs_JniTest_getArray(JNIEnv *env, jobject jobj, jint len){
//创建一个指定大小的数组
jintArray jint_arr = (*env)->NewIntArray(env, len);
//创建jint数组
jint *elems = (*env)->GetIntArrayElements(env, jint_arr, NULL);
int i = 0;
for (; i < len; i++){
elems[i] = i;
}
//同步
(*env)->ReleaseIntArrayElements(env, jint_arr, elems, 0);
return jint_arr;
}
10.JNI中的引用
引用类型分为局部引用和全局引用
局部引用可以使用DeleteLocalRef手动释放对象，什么时候释放呢
- 当访问一个恨到的java对象，使用完成知乎，还要进行复杂的耗时操作
- 当创建了大量的局部引用，占用了太多的内存，这些局部引用只是暂时使用，跟后面的操作没有关联。
局部引用：
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_chs_JniTest_localRef(JNIEnv *env, jobject jobj){
int i = 0;
for (; i < 5; i++){
//创建Date对象
jclass cls = (*env)->FindClass(env, "java/util/Date");
jmethodID constructor_mid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "" , "()V");
jobject obj = (*env)->NewObject(env, cls, constructor_mid);
//省略一些操作
//不在使用jobject对象了
//通知垃圾回收器回收这些对象
(*env)->DeleteLocalRef(env, obj);
//省略一些操作...
}
}
全局引用
全局引用可以共享数据，可以跨多个线程，使用DeleteGlobalRef释放。
jstring global_str;
//创建全局引用
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_chs_JniTest_createGlobalRef(JNIEnv *env, jobject jobj){
jstring obj = (*env)->NewStringUTF(env, "jni development is powerful!");
global_str = (*env)->NewGlobalRef(env, obj);
}
//返回全局引用
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_chs_JniTest_getGlobalRef(JNIEnv *env, jobject jobj){
return global_str;
}
//释放全局引用
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_chs_JniTest_deleteGlobalRef(JNIEnv *env, jobject jobj){
(*env)->DeleteGlobalRef(env, global_str);
}
弱全局引用
全局引用需要手动释放，弱全局引用，跟java中的弱引用差不多，当内存不足的时候系统会释放掉这部分内存。
创建：NewWeakGlobalRef,销毁：DeleteGlobalWeakRef
11.C中异常处理
- C中发生错误抛出的异常，可以使用Throwable捕获，可以从C中把异常清理后才能继续执行后面的代码。C中使用
ExceptionOccurred查看返回的异常是不是NULL。不过不是，可以清空异常，并做一些补救的措施。 - C中通过手动通过ThrowNew抛出的异常，可以在java层try catch捕获到。
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_chs_JniTest_exeception(JNIEnv *env, jobject jobj){
jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, jobj);
jfieldID fid = (*env)->GetFieldID(env, cls, "key2", "Ljava/lang/String;");
//检测是否发生Java异常
jthrowable exception = (*env)->ExceptionOccurred(env);
if (exception != NULL){
//让Java代码可以继续运行
//清空异常信息
(*env)->ExceptionClear(env);
//补救措施
fid = (*env)->GetFieldID(env, cls, "key", "Ljava/lang/String;");
}
//获取属性的值
jstring jstr = (*env)->GetObjectField(env, jobj, fid);
char *str = (*env)->GetStringUTFChars(env, jstr, NULL);
//对比属性值是否合法
if (_stricmp(str, "super jason") != 0){
//认为抛出异常，给Java层处理
jclass newExcCls = (*env)->FindClass(env, "java/lang/IllegalArgumentException");
(*env)->ThrowNew(env,newExcCls,"key's value is invalid!");
}
}
12.缓存策略
如果从java中循环调用很多次下面的方法，我们让对象第一次拿到之后就缓存起来，以后再取的时候就去缓存中取，这时候可以使用局部静态变量来存储。
在实际的项目中，我们也可以在一个方法中一次初始化很多需要的全局的变量。
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_chs_JniTest_cached(JNIEnv *env, jobject jobj){
jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, jobj);
//获取jfieldID只获取一次
//局部静态变量
static jfieldID key_id = NULL;
if (key_id == NULL){
key_id = (*env)->GetFieldID(env, cls, "key", "Ljava/lang/String;");
printf("--------GetFieldID-------\n");
}
}
//初始化全局变量，动态库加载完成之后，立刻缓存起来
jfieldID key_fid;
jmethodID random_mid;
JNIEXPORT void JNICALL Java_chs_jni_JniTest_initIds(JNIEnv *env, jclass jcls){
key_fid = (*env)->GetFieldID(env, jcls, "key", "Ljava/lang/String;");
random_mid = (*env)->GetMethodID(env, jcls, "genRandomInt", "(I)I");
}