JNI/NDK开发指南（六）——C/C++访问Java实例方法和静态方法
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通过前面5章的学习，我们知道了如何通过JNI函数来访问JVM中的基本数据类型、字符串和数组这些数据类型。下一步我们来学习本地代码如何与JVM中任意对象的属性和方法进行交互。比如本地代码调用Java层某个对象的方法或属性，也就是通常我们所说的来自C/C++层本地函数的callback（回调）。这个知识点分2篇文章分别介绍，本篇先介绍方法回调，在第七章中介绍本地代码访问Java的属性。
在这之前，先回顾一下在Java中调用一个方法时在JVM中的实现原理，有助于下面讲解本地代码调用Java方法实现的机制。写过Java的童鞋都知道，调用一个类的静态方法，直接通过 类名.方法 就可以调用。这也太简单了，有什么好讲的呢。。。但在这个调用过程中，JVM是帮我们做了很多工作的。当我们在运行一个Java程序时，JVM会先将程序运行时所要用到所有相关的class文件加载到JVM中，并采用按需加载的方式加载，也就是说某个类只有在被用到的时候才会被加载，这样设计的目的也是为了提高程序的性能和节约内存。所以我们在用类名调用一个静态方法之前，JVM首先会判断该类是否已经加载，如果没有被ClassLoader加载到JVM中，JVM会从classpath路径下查找该类，如果找到了，会将其加载到JVM中，然后才是调用该类的静态方法。如果没有找到，JVM会抛出java.lang.ClassNotFoundException异常，提示找不到这个类。ClassLoader是JVM加载class字节码文件的一种机制，不太了解的童鞋，请移步阅读《深入分析Java ClassLoader原理》一文。其实在JNI开发当中，本地代码也是按照上面的流程来访问类的静态方法或实例方法的，下面通过一个例子，详细介绍本地代码调用Java方法流程当中的每个步聚：
package com.study.jnilearn;
/**
* AccessMethod.java
* 本地代码访问类的实例方法和静态方法
* @author yangxin
*/
public class AccessMethod {
public static native void callJavaStaticMethod();
public static native void callJavaInstaceMethod();
public static void main(String[] args) {
callJavaStaticMethod();
callJavaInstaceMethod();
}
static {
System.loadLibrary("AccessMethod");
}
}
package com.study.jnilearn;
/**
* ClassMethod.java
* 用于本地代码调用
* @author yangxin
*/
public class ClassMethod {
private static void callStaticMethod(String str, int i) {
System.out.format("ClassMethod::callStaticMethod called!-->str=%s," +
" i=%d\n", str, i);
}
private void callInstanceMethod(String str, int i) {
System.out.format("ClassMethod::callInstanceMethod called!-->str=%s, " +
"i=%d\n", str, i);
}
}
由AccessMethod.class生成的头文件：
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class com_study_jnilearn_AccessMethod */
#ifndef _Included_com_study_jnilearn_AccessMethod
#define _Included_com_study_jnilearn_AccessMethod
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* Class: com_study_jnilearn_AccessMethod
* Method: callJavaStaticMethod
* Signature: ()V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_study_jnilearn_AccessMethod_callJavaStaticMethod
(JNIEnv *, jclass);
/*
* Class: com_study_jnilearn_AccessMethod
* Method: callJavaInstaceMethod
* Signature: ()V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_study_jnilearn_AccessMethod_callJavaInstaceMethod
(JNIEnv *, jclass);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
本地代码对头文件中函数原型的实现：
// AccessMethod.c
#include "com_study_jnilearn_AccessMethod.h"
/*
* Class: com_study_jnilearn_AccessMethod
* Method: callJavaStaticMethod
* Signature: ()V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_study_jnilearn_AccessMethod_callJavaStaticMethod
(JNIEnv *env, jclass cls)
{
jclass clazz = NULL;
jstring str_arg = NULL;
jmethodID mid_static_method;
// 1、从classpath路径下搜索ClassMethod这个类，并返回该类的Class对象
clazz =(*env)->FindClass(env,"com/study/jnilearn/ClassMethod");
if (clazz == NULL) {
return;
}
// 2、从clazz类中查找callStaticMethod方法
mid_static_method = (*env)->GetStaticMethodID(env,clazz,"callStaticMethod","(Ljava/lang/String;I)V");
if (mid_static_method == NULL) {
printf("找不到callStaticMethod这个静态方法。");
return;
}
// 3、调用clazz类的callStaticMethod静态方法
str_arg = (*env)->NewStringUTF(env,"我是静态方法");
(*env)->CallStaticVoidMethod(env,clazz,mid_static_method, str_arg, 100);
// 删除局部引用
(*env)->DeleteLocalRef(env,clazz);
(*env)->DeleteLocalRef(env,str_arg);
}
/*
* Class: com_study_jnilearn_AccessMethod
* Method: callJavaInstaceMethod
* Signature: ()V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_study_jnilearn_AccessMethod_callJavaInstaceMethod
(JNIEnv *env, jclass cls)
{
jclass clazz = NULL;
jobject jobj = NULL;
jmethodID mid_construct = NULL;
jmethodID mid_instance = NULL;
jstring str_arg = NULL;
// 1、从classpath路径下搜索ClassMethod这个类，并返回该类的Class对象
clazz = (*env)->FindClass(env, "com/study/jnilearn/ClassMethod");
if (clazz == NULL) {
printf("找不到'com.study.jnilearn.ClassMethod'这个类");
return;
}
// 2、获取类的默认构造方法ID
mid_construct = (*env)->GetMethodID(env,clazz, "<init>","()V");
if (mid_construct == NULL) {
printf("找不到默认的构造方法");
return;
}
// 3、查找实例方法的ID
mid_instance = (*env)->GetMethodID(env, clazz, "callInstanceMethod", "(Ljava/lang/String;I)V");
if (mid_instance == NULL) {
return;
}
// 4、创建该类的实例
jobj = (*env)->NewObject(env,clazz,mid_construct);
if (jobj == NULL) {
printf("在com.study.jnilearn.ClassMethod类中找不到callInstanceMethod方法");
return;
}
// 5、调用对象的实例方法
str_arg = (*env)->NewStringUTF(env,"我是实例方法");
(*env)->CallVoidMethod(env,jobj,mid_instance,str_arg,200);
// 删除局部引用
(*env)->DeleteLocalRef(env,clazz);
(*env)->DeleteLocalRef(env,jobj);
(*env)->DeleteLocalRef(env,str_arg);
}
运行结果：
代码解析：
AccessMethod.java是程序的入口，在main方法中，分别调用了callJavaStaticMethod和callJavaInstaceMethod这两个native方法，用于测试native层调用MethodClass.java中的callStaticMethod静态方法和callInstanceMethod实例方法，这两个方法的返回值都为Void，参数都有两个，分别为String和int
一、callJavaStaticMethod静态方法实现说明
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_study_jnilearn_AccessMethod_callJavaStaticMethod (JNIEnv *env, jclass cls)
定位到AccessMethod.c的31行：
(*env)->CallStaticVoidMethod(env,clazz,mid_static_method, str_arg, 100);
CallStaticVoidMethod函数的原型如下：
void (JNICALL *CallStaticVoidMethod)(JNIEnv *env, jclass cls, jmethodID methodID, ...);
该函数接收4个参数：
env：JNI函数表指针
cls：调用该静态方法的Class对象
methodID：方法ID（因为一个类中会存在多个方法，需要一个唯一标识来确定调用类中的哪个方法）
参数4：方法实参列表
根据函数参数的提示，分以下四步完成Java静态方法的回调：
第一步：调用FindClass函数，传入一个Class描述符，JVM会从classpath路径下搜索该类，并返回jclass类型（用于存储Class对象的引用）。注意ClassMethod的Class描述符为com/study/jnilearn/ClassMethod，要将.（点）全部换成/（反斜杠）
(*env)->FindClass(env,"com/study/jnilearn/ClassMethod");
第二步：调用GetStaticMethodID函数，从ClassMethod类中获取callStaticMethod方法ID，返回jmethodID类型（用于存储方法的引用）。实参clazz是第一步找到的jclass对象，实参"callStaticMethod"为方法名称，实参“(Ljava/lang/String;I)V”为方法的签名
(*env)->GetStaticMethodID(env,clazz,"callStaticMethod","(Ljava/lang/String;I)V");
第三步：调用CallStaticVoidMethod函数，执行ClassMethod.callStaticMethod方法调用。str_arg和100是callStaticMethod方法的实参。
str_arg = (*env)->NewStringUTF(env,"我是静态方法"); (*env)->CallStaticVoidMethod(env,clazz,mid_static_method, str_arg, 100);
注意：JVM针对所有数据类型的返回值都定义了相关的函数。上面callStaticMethod方法的返回类型为Void，所以调用CallStaticVoidMethod。根据返回值类型不同，JNI提供了一系列不同返回值的函数，如：CallStaticIntMethod、CallStaticFloatMethod、CallStaticShortMethod、CallStaticObjectMethod等，分别表示调用返回值为int、float、short、Object类型的函数，引用类型统一调用CallStaticObjectMethod函数。另外，每种返回值类型的函数都提供了接收3种实参类型的实现：CallStaticXXXMethod(env, clazz, methodID, ...)，CallStaticXXXMethodV(env, clazz, methodID, va_list args)，CallStaticXXXMethodA(env, clazz, methodID, const jvalue *args)，分别表示：接收可变参数列表、接收va_list作为实参和接收const jvalue*为实参。下面是jni.h头文件中CallStaticVoidMethod的三种实参的函数原型：
void (JNICALL *CallStaticVoidMethod) (JNIEnv *env, jclass cls, jmethodID methodID, ...); void (JNICALL *CallStaticVoidMethodV) (JNIEnv *env, jclass cls, jmethodID methodID, va_list args); void (JNICALL *CallStaticVoidMethodA) (JNIEnv *env, jclass cls, jmethodID methodID, const jvalue * args);
第四步、释放局部变量
// 删除局部引用 (*env)->DeleteLocalRef(env,clazz); (*env)->DeleteLocalRef(env,str_arg);
虽然函数结束后，JVM会自动释放所有局部引用变量所占的内存空间。但还是手动释放一下比较安全，因为在JVM中维护着一个引用表，用于存储局部和全局引用变量，经测试，这个表的最大存储空间是512个引用，如果超过这个数就会造成引用表溢出，JVM崩溃。所以有申请就及时释放是一个好的习惯！ （局部引用和全局引用在后面的文章中会详细介绍）
二、callInstanceMethod实例方法实现说明
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_study_jnilearn_AccessMethod_callJavaInstaceMethod (JNIEnv *env, jclass cls)
定位到AccessMethod.c的43行：
(*env)->CallVoidMethod(env,jobj,mid_instance,str_arg,200);
CallVoidMethod函数的原型如下：
void (JNICALL *CallVoidMethod) (JNIEnv *env, jobject obj, jmethodID methodID, ...);
该函数接收4个参数：
env：JNI函数表指针
obj：调用该方法的实例
methodID：方法ID
参数4：方法的实参列表
根据函数参数的提示，分以下六步完成Java静态方法的回调：
第一步、同调用静态方法一样，首先通过FindClass函数获取类的Class对象
第二步、获取类的构造方法ID，因为创建类的对象首先会调用类的构造方法。这里以默认构造方法为例
(*env)->GetMethodID(env,clazz, "<init>","()V");
<init>代表类的构造方法名称，()V代表无参无返回值的构造方法（即默认构造方法）
第三步、调用GetMethodID获取callInstanceMethod的方法ID
(*env)->GetMethodID(env, clazz, "callInstanceMethod", "(Ljava/lang/String;I)V");
第四步、调用NewObject函数，创建类的实例对象
(*env)->NewObject(env,clazz,mid_construct);
第五步、调用CallVoidMethod函数，执行ClassMethod.callInstanceMethod方法调用，str_arg和200是方法实参
str_arg = (*env)->NewStringUTF(env,"我是实例方法"); (*env)->CallVoidMethod(env,jobj,mid_instance,str_arg,200);
同JNI调用Java静态方法一样，JVM针对所有数据类型的返回值都定义了相关的函数（CallXXXMethod），如：CallIntMethod、CallFloatMethod、CallObjectMethod等，也同样提供了支持三种类型实参的函数实现，以CallVoidMethod为例，如下是jni.h头文件中该函数的原型：
void (JNICALL *CallVoidMethod)(JNIEnv *env, jobject obj, jmethodID methodID, ...); void (JNICALL *CallVoidMethodV)(JNIEnv *env, jobject obj, jmethodID methodID, va_list args); void (JNICALL *CallVoidMethodA)(JNIEnv *env, jobject obj, jmethodID methodID, const jvalue * args);
第六步、删除局部引用（从引用表中移除）
// 删除局部引用 (*env)->DeleteLocalRef(env,clazz); (*env)->DeleteLocalRef(env,jobj); (*env)->DeleteLocalRef(env,str_arg);
三、方法签名
在上面的的例子中，无论是调用静态方法还是实例方法，都必须传入一个jmethodID的参数。因为在Java中存在方法重载（方法名相同，参数列表不同），所以要明确告诉JVM调用的是类或实例中的哪一个方法。调用JNI的GetMethodID函数获取一个jmethodID时，需要传入一个方法名称和方法签名，方法名称就是在Java中定义的方法名，方法签名的格式为：(形参参数类型列表)返回值。形参参数列表中，引用类型以L开头，后面紧跟类的全路径名（需将.全部替换成/），以分号结尾。下面是一些示例：
Java基本类型与方法签名中参数类型和返回值类型的映射关系如下：
比如，String fun(int a, float b, boolean c, String d) 对应的JNI方法签名为："(IFZLjava/lang/String;)Ljava/lang/String;"
总结：
1、调用静态方法使用CallStaticXXXMethod/V/A函数，XXX代表返回值的数据类型。如：CallStaticIntMethod
2、调用实例方法使用CallXXXMethod/V/A函数，XXX代表返回的数据类型，如：CallIntMethod
3、获取一个实例方法的ID，使用GetMethodID函数，传入方法名称和方法签名
4、获以一个静态方法的ID，使用GetStaticMethodID函数，传入方法名称和方法签名
5、获取构造方法ID，方法名称使用"<init>"
6、获取一个类的Class实例，使用FindClass函数，传入类描述符。JVM会从classpath目录下开始搜索。
7、创建一个类的实例，使用NewObject函数，传入Class引用和构造方法ID
8、删除局部变量引用，使用DeleteLocalRef，传入引用变量
9、方法签名格式：(形参参数列表)返回值类型。注意：形参参数列表之间不需要用空格或其它字符分隔
10、类描述符格式：L包名路径/类名;，包名之间用/分隔。如：Ljava/lang/String;
11、调用GetMethodID获取方法ID和调用FindClass获取Class实例后，要做异常判断