Android-JNI的简单使用

一、什么是JNI

1、jni的含义

JNI即为java native interface Java本地接口；JNI是用来调用本地方法的技术，用来使Java和C/C++进行通信。
简单来说，Java运行一个程序需要和不同的系统进行交互，在windows里就要和windows底层平台交互，mac里就要和mac的底层平台交互， JVM就是通过大量的JNI技术能够使Java运行在不同的系统平台当中，与不同的系统平台底层进行交互。

2、Java与JNI类型对照表

基本类型对照

JNI与Java类型对照-基本类型.png

引用类型对照

JNI与Java类型对照-引用类型.png

3、什么是动态库静态库

Android下的动态库和静态库就是Linux的静态库和动态库；Linux平台静态库以.a结尾，动态库以.so结尾

3.1、静态库

Linux下以.a结尾，静态库会将整个函数库的所有数据都整合到目标代码中，优点在于后期程序执行时不需要外部的函数库支持，移植方便但体量较大。

3.2、动态库

Linux下以.so即为，动态库不会在编译时将整个函数库都整合到目标代码中，而是在运行时执行到哪个函数才会从动态库中加载哪个函数，好处在于体量小，升级方便。

静态库的代码在编译过程中已经被载入可执行程序,因此体积比较大；动态库(共享库)的代码在可执行程序运行时才载
入内存，在编译过程中仅简单的引用，因此代码体积比较小。

3.3、什么是交叉编译

交叉编译就是只在A系统中编译出在B系统中能用的库，例如我们Android开发中，在Windows或者在Mac上能编译出适合Android执行使用的静态库或者动态库。

3.4、AndroidStudio CMakeList文件关于静态库和动态库的配置

详细的CMake文件的配置后面会有一小节去专门的讲，这里只需要看一下CMakeList中是如何区分静态库和动态库的。
在CMakelist中的add_library中进行配置，SHARED为动态库配置选项，STATIC为静态库配置选项

静态库和动态库的编译选项.png

二、静态注册和动态注册

1、静态注册

静态注册的步骤：
（1）编写Java类，例如JniTest.java
（2）通过命令行输入javac JniTest.java 生成JniTest.class文件
（3）在Jni.class目录下通过javah xxx.JniTest(全类名)生成xxx_JniTest.h头文件
（4）编写xxx_JniTest.c文件，并拷贝xxx_JniTest.h中的函数实现这些函数，且在.c文件上方引入jni.h头文件
（5）编写CMakeList.tet文件，编译生成对应的静态库/动态库

上面的步骤很繁琐，但其实使用熟练后，可以不用通过命令行生成.h文件；只需要自己创建.c文件并引入jni.h头文件后，其中的C函数严格对应Java中的方法（全类名加方法名，例如：com_test_JniTest_test），函数当中的方法和返回值也要严格对应上就可以了。
例如：
Java代码：

package com.hzf.test;

public class JniTest {

    static {
        System.loadLibrary("helloworldLib");
    }
    public static native String test();
}

对应的C代码：


#include 

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_hzf_test_JniTest_test(JNIEnv *env,jclass jclass){
    return (*env)->NewStringUTF(env,"this is from HelloWorld.c");
}

cmakelist.txt中添加

add_library(helloworldLib SHARED HelloWorld.c)

其中如果Java方法是static的，jni函数中要传入jclass（因为static函数是类的）；如果不是static的，jni函数要传入jobject

2、动态注册

动态注册顾名思义，就是动态的将C函数去匹配Java函数的过程，不需要像静态注册一样，完全对应上，方法名称不需要那么长。
例如：

java：
public static native void jniTestFunc1();
public static native String jniTestFunc2();

对应的C函数

#include 

void func1(JNIEnv *env,jclass jclass1){
}

jstring func2(JNIEnv *env,jclass jclass2){
    return (*env)->NewStringUTF(env,"this is from dynamicTest.c");
}

static const char * mClazzname = "com/hzf/test/DynamicJniTest";

static const JNINativeMethod methods[] = {
        {"jniTestFunc1","()V",(void*)func1},
        {"jniTestFunc2","()Ljava/lang/String;",(void*)func2},
};
//通过JNI_OnLoad函数动态的匹配到mClassname中的methods函数
JNIEXPORT jint JNICALL
JNI_OnLoad(JavaVM *vm, void *reserved){
    JNIEnv* env = NULL;
    //获得env
    int r = (*vm)->GetEnv(vm,(void**) &env,JNI_VERSION_1_4);
    if (r != JNI_OK){
        return -1;
    }
    jclass dynamicClazz = (*env)->FindClass(env,mClazzname);
    r = (*env)->RegisterNatives(env,dynamicClazz,methods,2);
    if (r != JNI_OK){
        return -1;
    }
    return JNI_VERSION_1_4;
}

3、Jni_onLoad

当执行到System.loadLibary时，会自动执行JNI_OnLoad函数，主要作用有两个：
（1）告诉VM C组件使用哪一个JNI版本，如果没有指定，会默认指定最老的JNI1.1的版本
（2）当执行到system.loadLibary时会自动调用JNI_OnLoad方法，因此可以做一些初始化的相关工作

4、Sytem.load和System.loadLibaray的区别

System.load，指定的库文件路径是绝对路径，例如System.load("C:\test\test.so")
System.loadLibary指定是库文件的名字不包括扩展名，例如System.loadLibary("Test.so");
Android中常用的是System.loadLibary

三、JNIEnv类型jobject类型的解释

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_hzf_test_JniTest_test(JNIEnv *env,jclass jclass){
    return (*env)->NewStringUTF(env,"this is from HelloWorld.c");
}

JNIEXPORT与JNICALL是JNI的关键字，表示此函数为JNI所调用
JNIEnv表示Java环境，通过*env指针就可以对Java函数进行操作，创建Java类中的对象，调用对象中的方法等。JNIEnv的指针会被JNI传入到本地方法的实现函数中对Java代码进行操作。
JNI函数的方法参数中都有固定的jclass或者jobject，那么这两个代表什么含义呢？
（1）如果Java的本地方法不是static的，JNI对应的函数就需要写jobject，代表native的实例
（2）如果Java的本地方法是static的，JNI对应的函数就需要写jclass，代表native方法的类的class实例

四、C/C++代码调用Java代码

1、初步使用

JNI还有一个非常重要的作用，也是在开发中经常用到的就是通过C或者C++去调用Java本地的代码，获取Java的属性和函数等；jni.h中定义了jfiledId以及jmethodid分别代表Java端的属性和方法。
同样的根据属性和方法是否是static的也对应了需要使用不同的filedid以及methodID
GetFiledId/GetMethodId
GetStaticFiledId/GetStaticMethodId

//GetFiledId的定义
jfieldID    (*GetFieldID)(JNIEnv*, jclass, const char*, const char*);

一共4个参数
第一个参数为 JNIEnv指针
第二个参数为 clazz对象
第三个参数为属性名称
第四个参数为该字段的签名
例如：

java函数：
static {
        System.loadLibrary("ccalljavalib");
    }
    public int property = 100;

    public native void accessProperty();

C函数：
#include 
#include 
#include 

#ifndef LOG_TAG
#define LOG_TAG "hzfTag"
#define logUtils(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, LOG_TAG, __VA_ARGS__)
#endif

//JNI获取Java层非静态的变量
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_hzf_test_CCallJavaTest_accessProperty(JNIEnv *env,jobject object){
    jclass clazz = (*env)->GetObjectClass(env,object);
    jfieldID  jfieldId = (*env)->GetFieldID(env,clazz,"property","I");
    jint var = (*env)->GetIntField(env,object,jfieldId);
    logUtils("vat = %d",var);
    //设置Java层当中的值
    (*env)->SetIntField(env,object,jfieldId,var + 1000);
};

2、签名问题

1中提到了获取字段时，第四个参数为字段的签名，JNI与Java基本类型的签名对照如下：

Java引用类型签名对照表.png

其他类型：
void对应的签名为V
object对应的签名以L开头并以/分割包的形式最后再加上分号; 比如String的签名为Ljava/lang/String;
Array对应的签名以[开头加数组类型对应的签名，例如int[]的签名为[I，int[][]的签名为[[I，Object[]的签名为[Ljava/lang/Object;
例如一个Java方法
public int function(int fu,Date date,int[] array){}
对应的JNI中GetMethodID(env,clazz,"function",(ILjava/util/Date;[I)I)
首先方法的参数在括号中，括号外是方法的返回值，因此先写成()I
其次的对应方式为 int fu对应的为I
Date date 对应的为 Ljava/util/Date;
int[] array 对应的为 [I

3、JNI访问字符串

由于JNI C/C++ Java三者的String编码方式各不相同，因此JNI访问Java的字符串时不能直接用jstring进行处理。
Java内部是utf-16
Jni是utf-8 Unicode编码方式，英文是1个字节，中文是3个字节
C/C++ 使用ASCII码中文是GB2312的编码方式，中文2个字节
Java代码

public static native String sayHello(String str);

JNI代码

JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_hzf_test_JniTest_sayHello(JNIEnv *env, jclass jclass, jstring str) {
    const char *c_str = NULL;
    char buf[128] = {0};
    jboolean isCopy;
    c_str = (*env)->GetStringUTFChars(env, str, isCopy);
    //需要做非空判断 防止崩溃
    if (c_str == NULL) {
        return NULL;
    }
    sprintf(buf, "Hello 收到你的信息了 ： %s", c_str);
    //GetStringUTF会让JVM开辟一段新内存，因此资源要及时释放
    (*env)->ReleaseStringChars(env, str, c_str);
    return (*env)->NewStringUTF(env, buf);
}

4、JNI访问Java的函数

4.1、JNI访问Java的构造函数

Java代码

//无参构造函数
public CCallJavaTest() {
    }
//JNI调用 生成CCallJavaTest对象
public static native CCallJavaTest getInstance();