Android NDK开发之JNI基础01:JNI开发流程

重点掌握内容:JNIEnv
运行环境:windows 10

一、JNI的概念

JNI是Java Native Interface的缩写。它是Java调用C/C++或者C/C++调用Java的一套API。
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二、为什么要使用JNI

  1. 使用JNI可以复用很多的C/C++代码,例如:ffmeng多媒体播放器,opencv图形识别的引擎,7-zip压缩,opencore框架(用于视频播放)等等;
  2. 可以提高程序的效率:java代码跨平台,不直接操作硬件,虚拟机解释执行,实现垃圾回收机制。art在安装应用程序的时候,将apk里面的dex翻译成机器码,造成apk体积变化很多,而C代码直接操作硬件,程序猿可以手动的释放代码;
  3. C代码反编译困难,因为反编译出来的是汇编语言;而java代码反编译容易,很容易看懂。

三、使用JNI的步骤

  1. 编写native方法
  2. 使用javah命令,生成.h头文件
  3. 复制.h头文件到CPP工程中
  4. 复制jni.hjni_md.h文件到CPP工程中
  5. 实现.h头文件中声明的函数
  6. 生成dll文件
  7. 配置dll文件所在目录到环境变量
  8. 重启MyEclipse

我们用一个例子来演示上述步骤:

需求:从C代码中获取一个字符串

step1:用Java开发工具编写native方法,笔者使用的是MyEclipse 8.5。关键字 native

package com.gjg;

public class JniFirst {
    public native static String getStringFromC();

    public static void main(String[] args){

    }
}

step2:使用javah命令,生成.h头文件

  • 右键src目录,选择 “Properties”
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  • 复制该路径:
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  • 打开cmd命令工具,进入到项目的目录下,通过javah生成头文件。命令行如图所示:
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有的时候我们会出现这样的错误信息:错误: 编码GBK的不可映射字符
出现这种错误的原因是由于JDK是国际版的,在编译的时候,如果我们没有用-encoding参数指定我们的JAVA源程序的编码格式,则javac.exe首先获得我们操作系统默认采用的编码格式。

解决方法:应该使用-encoding参数指明编码方式,如:
javah -jni -encoding UTF-8 com.example.XXXX.XXXX.类名

  • 回到开发工具,刷新项目,可以看到生成的.h文件
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step3:复制 com_gjg_JniFirst.h 头文件到CPP工程中

  • 打开Visual Studio工具创建一个项目
  • com_gjg_JniFirst.h 文件拷贝到项目中,和.c源文件同一个目录
  • 回到 Visual Studio 工具中,添加刚刚拷贝的头文件到项目中
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  • 这样就可以在项目中看到头文件了
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step4:复制 jni.hjni_md.h 文件到CPP工程中

  • 打开 com_gjg_JniFirst.h 文件发现代码有错误,因此需要我们添加jni.hjni_md.h 两个头文件。
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  • 这两个头文件可以到 jdk 目录下面找
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  • 将这两个文件拷贝到与 com_gjg_JniFirst.h 文件同一个目录下,同时也需要添加 现有项 。添加完成后,我们发现项目依然有错,此时需要我们稍微修改一下代码。
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step5:实现 com_gjg_JniFirst.h 头文件中声明的函数

  • 我们可以看到生成的c函数的名字是:Java_完整类名_函数名
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  • 函数的实现(返回一个字符串):

#include "com_gjg_JniFirst.h"

//函数的实现
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_gjg_JniFirst_getStringFromC
(JNIEnv * env, jclass str){
    //返回一个字符串
    return (*env)->NewStringUTF(env,"I'm C String");
}

step6:生成dll文件

  • 因为笔者的电脑是64为的操作系统,所以需要先把平台设置成x64 。打开 配置管理器
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  • 选择 x64 ,如果没有就新建一个
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  • 修改生成解决方案为 dll 。右键项目,选择 属性 ,将配置类型修改为 动态库(.dll)
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  • 生成解决方案
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step7:配置dll文件所在目录到环境变量

将dll文件所在的目录 H:\AndroidNDK\cworkspace\C_07\x64\Debug 配置到系统环境变量中:
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step8:重启MyEclipse

由于配置了环境变量,需要重启一下MyEclipse

step9:在Java代码中使用动态库

  • 首先加载动态库
package com.gjg;

public class JniFirst {
    public native static String getStringFromC();

    public static void main(String[] args){

    }

    //加载动态库
    static{
        System.loadLibrary("C_07");
    }
}
  • 调用本地方法
package com.gjg;

public class JniFirst {
    public native static String getStringFromC();

    public static void main(String[] args){
        //调用本地方法getStringFromC,并接收返回的字符串
        String str = getStringFromC();
        System.out.println(str);
    }

    //加载动态库
    static{
        System.loadLibrary("C_07");
    }
}
  • 控制台输出的结果:
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以上就是Java通过JNI调用C/C++的步骤。调用dll的流程如下图所示:

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另外,需要特别注意的是windows环境下,Java程序调用的是 dll 格式的动态库,但是在Android的开发中,因为Android系统是运行在Linux系统上的,所以需要使用 so 格式的库, 那么Android如何使用so库呢,这个我们放到后面的文章介绍。下面我们还需要介绍一个知识点,就是在windows环境下,动态库(.dll)和静态库(.lib)的区别

动态库(.dll)和静态库(.lib)的区别

首先,两者都是共享代码的方式。

静态库 :在链接步骤中,连接器将从库文件取得所需的代码,复制到生成的可执行文件中,这种库称为静态库。其特点是可执行文件中包含了库代码的一份完整拷贝;缺点就是被多次使用就会有多份冗余拷贝。即静态库中的指令都全部被直接包含在最终生成的 EXE 文件中了。在vs中新建生成静态库的工程,编译生成成功后,只产生一个.lib文件。(静态库的扩展名在Windows 下是 .lib,Linux 和 Mac 下是 .a)

动态库 :动态链接库是一个包含可由多个程序同时使用的代码和数据的库,DLL不是可执行文件。动态链接提供了一种方法,使进程可以调用不属于其可执行代码的函数。函数的可执行代码位于一个 DLL 中,该 DLL 包含一个或多个已被编译、链接并与使用它们的进程分开存储的函数。在vs中新建生成动态库的工程,编译成功后,产生一个.lib文件和一个.dll文件。(动态库的扩展名在Windows 下是 .dll,Linux 下是 .so,Mac 下是 .dylib)

四、JNIEnv

在上面的例子中,我们可以看到一个叫 JNIEnv 的东西。何为 JNIEnv :它是一个线程相关的结构体, 该结构体代表了 Java 在本线程的执行环境。

JNIEnv 和 JavaVM的区别

JavaVM : JavaVM 是 Java虚拟机在 JNI 层的代表, JNI 全局仅仅有一个;
JNIEnv : JavaVM 在线程中的代表, 每一个线程都有一个, JNI 中可能有非常多个 JNIEnv;

JNIEnv 的作用

  • 调用 Java 函数 : JNIEnv 代表 Java 执行环境, 能够使用 JNIEnv 调用 Java 中的代码;
  • 操作 Java对象 : Java 对象传入 JNI 层就是 Jobject 对象, 须要使用 JNIEnv 来操作这个 Java 对象;

JNIEnv 的使用方法

  • 首先我们来看看 JNIEnv 的源码(在jni.h头文件中):
struct JNINativeInterface_;

struct JNIEnv_;

#ifdef __cplusplus
typedef JNIEnv_ JNIEnv;
#else
typedef const struct JNINativeInterface_ *JNIEnv;
#endif

我们可以看出,在C++中,JNIEnv 是一个结构体别名。在C语言中, JNIEnv 是一个结构体指针。

  • 我们再来看看C和C++各自的使用方式:
//C++使用方式
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_gjg_JniFirst_getStringFromC
(JNIEnv *env, jclass str){
    return env->NewStringUTF("I'm C String");
}
//C使用方式
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_gjg_JniFirst_getStringFromC
(JNIEnv *env, jclass str){
    return (*env)->NewStringUTF(env,"I'm C String");
}

从上面的使用方式中,我们可以看出,在C++中,由于JNIEnv是一个结构体别名,那么JNIEnv *env 中的env就是一个一级指针。而在C中,由于JNIEnv是一个结构体指针,那么JNIEnv *env 中的env就是一个二级指针。

我们还可以看出,在调用 NewStringUTF 方法时,传递的参数也不一样,C++没有传递 env ,而C语言将 env 作为参数传递了过去。这是为什么,让我们来看看源码吧:

//C++使用的结构体定义
struct JNIEnv_ {
    const struct JNINativeInterface_ *functions;
#ifdef __cplusplus
    .
    .
    .
    jstring NewStringUTF(const char *utf) {
        return functions->NewStringUTF(this,utf);
    }
    .
    .
    .
    .
#endif /* __cplusplus */
}
//C使用的结构体定义
struct JNINativeInterface_ {
    .
    .
    .
    jstring (JNICALL *NewStringUTF)
      (JNIEnv *env, const char *utf);
    .
    .
    .
    .
}

我们从源码中可以看出,C++的结构体 JNIEnv_ 中的 NewStringUTF 方法,实际上是调用的 C 的结构体 JNINativeInterface_ 中的 NewStringUTF 方法。C++在C的基础上进行了封装。在C中使用 NewStringUTF 需要我们传入两个参数:JNIEnv *env, const char *utf 。而在C++中,由于 NewStringUTF 默认传递了 this 关键字(this指代当前调用该方法的指针),所以我们在调用的时候不需要传递 JNIEnv 。这就是为什么在C和C++中调用 NewStringUTF 方法,传递的参数不同的原因。

那么又会有另一个疑问,为什么需要传入 JNIEnv ,这个问题其实不难理解,既然需要传入这个参数,那就说明在函数的实现过程中,需要使用到 JNIEnv

总结:

  1. 为什么需要传入 JNIEnv ?因为函数在执行的过程中需要使用到 JNIEnv
  2. C++为什么没有传入 JNIEnv ?因为C++默认传递了 this
  3. C++是在C的基础上对 JNINativeInterface_ 进行了封装。

关于JNI开发流程的知识就给大家介绍到这里,欢迎大家指正。


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