NDK _ 带你点亮 JNI 开发基石符文 (一)，真的太香了

答：extern "C"表示即使处于 C++ 环境，也要全部使用 C 的标准进行编译。我们可以在 jni.h 文件中找到答案：因为 JNI 方法中的 JavaVM 和 JNIEnv 最终都调用到了 C 中的 JNIInvokeInterface_ 和 JNINativeInterface_。（todo 论据不充分）

jni.h

struct JNIEnv_;
struct JavaVM_;

#ifdef __cplusplus
typedef JNIEnv_ JNIEnv;
typedef JavaVM_ JavaVM;
#else
typedef const struct JNINativeInterface_ *JNIEnv; // 结构体指针
typedef const struct JNIInvokeInterface_ *JavaVM; // 结构体指针
#endif

无论 C 还是 C++，最终调用到 C 的定义
struct JNIEnv_ {
    const struct JNINativeInterface_ *functions;

......
}

struct JavaVM_ {
    const struct JNIInvokeInterface_ *functions;

......
} 

• 问题 3：为什么 JNI 函数名是 Java_com_xurui_HelloWorld_sayHi？

答：这是 JNI 函数静态注册约定的函数命名规则，当 Java 虚拟机调用 native 方法时，需要执行对应的 JNI 函数，而 JNI 函数注册讨论的就是如何确定 native 方法与 JNI 函数之间的映射关系，有两种方法：静态注册和动态注册。静态注册采用的是基于约定的命名规则，无重载时采用「短名称」规则，有重载时采用「长名称」规则。更多详细的分析在我之前的一篇文章里讨论过：NDK | 带你梳理 JNI 函数注册的方式和时机

• 问题 4：关键词 JNIEXPORT 是什么意思？

答：JNIEXPORT 是一个宏定义，表示一个函数需要暴露给共享库外部使用时。JNIEXPORT 在 Window 和 Linux 上有不同的定义：

Windows 平台 :  
#define JNIEXPORT __declspec(dllexport)
#define JNIIMPORT __declspec(dllimport)

Linux 平台：
#define JNIIMPORT
#define JNIEXPORT  __attribute__ ((visibility ("default"))) 

• 问题 5：关键词 JNICALL 是什么意思？

答：JNICALL 是一个宏定义，表示一个函数是 JNI 函数。JNICALL 在 Window 和 Linux 上有不同的定义：

Windows 平台 :  
#define JNICALL __stdcall // __stdcall 是一种函数调用参数的约定 ,表示函数的调用参数是从右往左。

Linux 平台：
#define JNICALL 

问题 6：第一个参数 JNIEnv* 是什么？ 答：第一个参数是 JNIEnv 指针，指向一个 JNI 函数表。通过这些 JNI 函数可以让本地代码访问 Java 虚拟机的内部数据结构。JNIEnv 指针还有一个作用，就是屏蔽了 Java 虚拟机的内部实现细节，使得本地代码库可以透明地加载到不同的 Java 虚拟机实现中去（牺牲了调用效率）。

问题 7：第二个参数 jobject 是什么？ 答：第二个参数根据 native 方法是静态方法还是实例方法有所不同。对于静态 native 方法，第二个参数 jclass 代表 native 方法所在类的 Class 对象。对于实例 native 方法，第二个参数 jobject 代表调用 native 的对象。

2.3 类型的映射关系

Java 类型在 JNI 中都会映射为 JNI 类型，具体映射关系定义在 jni.h 文件中，jbyte, jint 和 jlong 和运行环境有关，定义在 jni_md.h 文件中。总结如下表：

Java 类型	JNI 类型	描述	长度（字节）
boolean	jboolean	unsigned char	1
char	jchar	unsigned short	2
short	jshort	signed short	2
float	jfloat	signed float	4
double	jdouble	signed double	8
int	jint、jsize	signed int	2 或 4
long	jlong	signed long	4 或 8（LP64）
byte	jbyte	signed char	1
Class	jclass	Java Class 类对象	/
String	jstrting	Java 字符串对象	/
Object	jobject	Java 对象	/
byte[]	jbyteArray	byte 数组	/

---

3. JNI 调用 Java 代码

这一节我们来讨论如何在 JNI 中访问 Java 字段和方法，在本地代码中访问 Java 代码，需要使用 ID 来访问字段或方法。频繁检索 ID 的过程相对耗时，通常我们还需要缓存 ID 来优化性能的方法。

3.1 JNI 访问 Java 字段

本地代码访问 Java 字段的流程分为两步：

• 1、通过 jclass 获取字段 ID，例如：Fid = env->GetFieldId(clz, "name", "Ljava/lang/String;");
• 2、通过字段 ID 访问字段，例如：Jstr = env->GetObjectField(thiz, Fid);

需要注意：Ljava/lang/String;是实例字段name的字段描述符，严格来说，所谓「字段描述符」其实是 JVM 字节码中描述字段的规则，和 JNI 无直接关系。使用 javap 命令也可以自动生成字段描述符和方法描述符，Android Studio 也会帮助自动生成。完整的字段描述符规则如下表：

Java 类型	字段描述符
boolean	Z
byte	B
char	C
short	S
int	I
long	J
float	F
double	D
void	V
引用类型	以 L 开头 ; 结尾，中间是 / 分隔的包名和类名。
例如 String 的字段描述符为 Ljava/lang/String;

Java 字段分为静态字段和实例字段，本地代码获取或修改 Java 字段主要是使用以下 6 个方法：

• GetFieldId：获取实例方法的字段 ID
• GetStaticFieldId：获取静态方法的字段 ID
• GetField：获取类型为 Type 的实例字段（例如 GetIntField）
• SetField：设置类型为 Type 的实例字段（例如 SetIntField）
• GetStaticField：获取类型为 Type 的静态字段（例如 GetStaticIntField）
• SetStaticField：设置类型为 Type 的静态字段（例如 SetStaticIntField）

native-lib.cpp

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_xurui_hellojni_HelloWorld_accessField(JNIEnv *env, jobject thiz) {
    // 获取 jclass
    jclass clz = env->GetObjectClass(thiz);
    // 静态字段 ID
    jfieldID sFieldId = env->GetStaticFieldID(clz, "sName", "Ljava/lang/String;");
    // 访问静态字段
    if (sFieldId) {
        jstring jStr = static_cast(env->GetStaticObjectField(clz, sFieldId));
        // 转换为 C 字符串
        const char *sStr = env->GetStringUTFChars(jStr, NULL);
        LOGD("静态字段：%s", sStr);
        env->ReleaseStringUTFChars(jStr, sStr);
        jstring newStr = env->NewStringUTF("静态字段 - Peng");
        if (newStr) {
            env->SetStaticObjectField(clz, sFieldId, newStr);
        }
    }
    // 实例字段 ID
    jfieldID mFieldId = env->GetFieldID(clz, "mName", "Ljava/lang/String;");
    // 访问实例字段
    if (mFieldId) {
        jstring jStr = static_cast(env->GetObjectField(thiz, mFieldId));
        // 转换为 C 字符串
        const char *sStr = env->GetStringUTFChars(jStr, NULL);
        LOGD("实例字段：%s", sStr);
        env->ReleaseStringUTFChars(jStr, sStr);
        jstring newStr = env->NewStringUTF("实例字段 - Peng");
        if (newStr) {
            env->SetObjectField(thiz, mFieldId, newStr);
        }
    }
} 

3.2 JNI 调用 Java 方法

本地代码访问 Java 方法与访问 Java 字段类似，访问流程分为两步：

• 1、通过 jclass 获取「方法 ID」，例如：Mid = env->GetMethodID(jclass, "helloJava", "()V");
• 2、通过方法 ID 调用方法，例如：env->CallVoidMethod(thiz, Mid);

需要注意：()V是实例方法helloJava的方法描述符，严格来说「方法描述符」是 JVM 字节码中描述方法的规则，和 JNI 无直接关系。

Java 方法分为静态方法和实例方法，本地代码调用 Java 方法主要是使用以下 5 个方法：

• GetMethodId：获取实例方法 ID
• GetStaticMethodId：获取静态方法 ID
• CallMethod：调用返回类型为 Type 的实例方法（例如 GetVoidMethod）
• CallStaticMethod：调用返回类型为 Type 的静态方法（例如 CallStaticVoidMethod）
• CallNonvirtualMethod：调用返回类型为 Type 的父类方法（例如 CallNonvirtualVoidMethod）

native-lib.cpp

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_xurui_hellojni_HelloWorld_accessMethod(JNIEnv *env, jobject thiz) {
    // 获取 jclass
    jclass clz = env->GetObjectClass(thiz);
    // 静态方法 ID
    jmethodID sMethodId = env->GetStaticMethodID(clz, "sHelloJava", "()V");
    if (sMethodId) {
        env->CallStaticVoidMethod(clz, sMethodId);
    }
    // 实例方法 ID
    jmethodID mMethodId = env->GetMethodID(clz, "helloJava", "()V");
    if (mMethodId) {
        env->CallVoidMethod(thiz, mMethodId);
    }
} 

3.3 缓存 ID

• 为什么要缓存 ID：访问 Java 层字段或方法时，需要先利用字段名 / 方法名和描述符进行检索，获得 jfieldID / jmethodID。这个检索过程比较耗时，优化方法是将字段 ID 和方法 ID 缓存起来，减少重复检索。

• 缓存 ID 的方法：缓存字段 ID 和 方法 ID的方法主要有两种：使用时缓存 + 初始化时缓存，主要区别在于缓存发生的时机和缓存 ID 的时效性。

使用时缓存：

使用时缓存是指在首次访问字段或方法时，将字段 ID 或方法 ID 存储在静态变量中。这样在将来再次调用本地方法时，就不需要重复检索 ID 了。例如：

jstring MyNewString(JNIEnv* env, jchar* chars, jint len) {
        // 静态字段
        static jmethodID cid = NULL;

        jclass stringClazz = (*env)->FindClass(env,"java/lang/String");
        if(NULL == cid) {
                cid = (*env)->GetMethodID(env,stringClazz,"","([C)V");
        }
        jcharArray elemArr = (*env)->NewCharArray(env,len);
        (*env)->SetCharArrayRegion(env, elemArr, 0, len, chars);
        jstring result = (*env)->NewObject(env, stringClazz, cid, elemArr);
        (*env)->DeleteLocalRef(env,elemArr);
        (*env)->DeleteLocalRef(env,stringClazz);
        return result
} 

提示： 多个线程访问这个本地方法，会使用相同的缓存 ID，会出现问题吗？不会，多个线程计算的字段 ID 或方法 ID 其实是相同的。

静态初始化时缓存：

静态初始化时缓存是指在 Java 类初始化的时候，提前缓存字段 ID 和方法 ID。例如：

private static native void initIDs();

static {
        // Java 类初始化
        System.loadLibrary("InstanceMethodCall");
        initIDs();
}
----------------------------------------------------
jmethodID cid;
jmethoidID stringId;

JNIEXPORT void JNICALL
Java_InstanceMethodCall_initIDs(JNIEnv *env, jclass cls) {
    cid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "callback", "()V");
    jclass stringClazz = (*env)->FindClass(env,"java/lang/String");
    stringId = (*env)->GetMethodID(env,stringClazz,"","([C)V");
} 

3.4 两种缓存 ID 方式的对比和使用场景

在大多数情况下，应该尽可能在静态初始化时缓存字段 ID 和方法 ID，因为使用时缓存存在一些局限性：

• 1、每次使用前都要检查缓存有效；
• 2、字段 ID 和方法 ID 在 Java 类卸载 (unload) 时会失效，因此需要确保类卸载之后不会继续使用这个 ID。而静态初始化时缓存在类加载 (load) 时重新检索 ID，因此不用担心 ID 失效。

当然，使用时缓存也不是一无是处。如果无法修改 Java 代码源码，使用时缓存是必然的选择。另一个优势在于，使用时缓存相当于懒初始化，可以按需检索 ID，而静态初始化时缓存相当于提前初始化，会一次性检索所有 ID。尽管如此，大多数情况下还是会使用静态初始化时缓存。

3.5 什么是 ID，什么是引用？

引用是通过本地代码来管理 JVM 中的资源，可以同时创建多个引用指向相同对象；而字段 ID 和方法 ID 由 JVM 管理，同一个字段或方法的 ID 是固定的，只有在所属类被卸载时会失效。

---

4. 加载 & 卸载 so 库的过程

关于加载与卸载 so 库的全过程，在我之前写过的一篇文章里讲过：《NDK | 说说 so 库从加载到卸载的全过程》。这里我简单复述下：

总结：

各行各样都会淘汰一些能力差的，不仅仅是IT这个行业，所以，不要被程序猿是吃青春饭等等这类话题所吓倒，也不要觉得，找到一份工作，就享受安逸的生活，你在安逸的同时，别人正在奋力的向前跑，这样与别人的差距也就会越来越遥远，加油，希望，我们每一个人，成为更好的自己。

• CodeChina开源项目：《Android学习笔记总结+移动架构视频+大厂面试真题+项目实战源码》

• BAT大厂面试题、独家面试工具包,

• 资料包括 数据结构、Kotlin、计算机网络、Framework源码、数据结构与算法、小程序、NDK、Flutter，

  
  的差距也就会越来越遥远，加油，希望，我们每一个人，成为更好的自己。

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