[置顶] 基于Android2.3.5系统：JNI与HAL实例解析[一]

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作者：EasyWave                                                                                                           时间：2015.01.25
类别：Android系统-基于Android2.3.5系统：JNI与HAL实例解析[一]                    声明：转载，请保留链接
注意：如有错误，欢迎指正。这些是我学习的日志文章......

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一：Android系统下JNI简介

       Android系统下的JNI的全称是：Java Native Interface (JNI)，JNI标准是java平台的一部分，它允许Java代码和其他语言写的代码进行交互。JNI 是本地编程接口，它使得在 Java 虚拟机 (VM) 内部运行的 Java 代码能够与用其它编程语言(如 C、C++ 和汇编语言)编写的应用程序和库进行交互操作。

二：为什么Java要推出JNI

       JNI在Android系统中有着广泛的应用。Android系统底层都是C/C++实现的，上层提供的API都是Java的，Java通过JNI调用底层的实现。

• Java世界虚拟机使用Native语言编写的，虚拟机运行在具体的平台上，虚拟机本身无法做到与平台无关，jni可以对java层屏蔽不同平台操作的差异，这样就能实现java本身平台无关特性。
• 适应已经用Native语言实现的技术。
• 一些效率的问题需要Native语言实现。

       在Java中使用JNI主要是为了以上几点而实现的，在Anroid中的API多媒体接口MediaPlayer类，其实底层通过JNI调用libmedia库。由于JNI的存在可以让我们重用很多已经存在C/C++的库，省去了重复开发的麻烦，并且可以利用很多开源的库（Android库中就有很多开源库，比如libjpeg，libpng等等），并且让我们开发的程序更有效率（C/C++代码发挥硬件最佳性能）。

三：Java中JNI调用过程

      在Java的世界里，JNI对于应用本身来说，可以看做一个代理模式，而对于开发者来说，需要使用C/C++来实现一个代理程序来实际操作目标原生函数，Java程序中则是JVM通过加载并调用JNI程序间接地调用目标原生函数。其调用的示意图如下：

图一：Android下JNI调用过程（Load DLL，DLL根据不同的环境而定）

      Android系统Java下JNI程序开发的一般操作步骤如下：

• 编写JAVA中的调用类；
• 用javah生成C/C++原生函数的头文件；
• C/C++中调用需要的其他函数功能，实现原生函数；
• 将项目依赖的所有原生库和资源加到java项目的路径中；
• 生成JAVA程序；
• 发布JAVA应用和so库；

四：Android系统下JNI语法

         Android系统Java下的JNI对于应用本身来说，可以看做一个代理模式，对于开发者来说，需要使用C/C++用一个代理程序来实际操作目标原生函数，其一，基本的数据类型转换，如下所示：

图二：基本数据类型转换表

       备注：符号属性是指在JNI环境下

       其二，引用数据类型转换表，如下所示：

图三：引用数据类型转换表

五：Java下JNI注册函数

       Java下的JNI命名规则：JNI层需要将JAVA函数名称(包括包名)中的“.”换成“_”，用这种方式可以找到自己JNI层的路径以及文件。注册Native函数有两种方法：静态注册和动态注册。静态注册静态就是根据函数名来建立java和jni函数之间的关联，而且要求jni层函数的名字必须遵循特定的格式，其缺点在于：需要编译所有的java声明的类；javah生成的jni层函数特别长；初次调用native函数时要根据名字搜索对应的jni层函数来建立关联联系，这样影响效率。因此这里只详细的讲解动态注册的方式，Java native与JNI通过JNINativeMethod的结构来建立联系，其结构内容如下： 

typedef struce {   
    const char* name;        //java中native函数的名字，不用携带包的路径  
    const char*signature;    //java函数的签名信息，用字符串表示，是参数类型和返回值类型的组合 
    void *fnptr;             //JNI层对应的函数指针，注意他是void*的类型。 
} JNINativeMethod; 

          用一个Anroid系统下的实例来感性的认识和说明一下，（请到网上去下载Anroid2.3.4的OK6410的Anroid代码，跟本文的路径一致，因为我自己把这个Android2.3.4的OK6410移植到Android2.3.5的平台上）路径为android2.3.5/frameworks\base\services\forlinx_pwm_jni\PwmJniService.cpp，这是一个PWM控制的JNI，具体的如下所示：

图四：JNINativeMethod方法

       Android提供一个RegisterNatives(JNIEnv *env, Const char* className,  Const JNINativeMethod* gMethods,  int numMethods)来实现这个功能，其实还有一个在AndroidRuntime.cpp中也实现了一个RegisterNatives函数，两者的功能是相同的，如下所示：

      我们来看看PwmJniService.cpp函数中的JNI动态注册吧，如下所示：

        在JNI_OnLoad函数中，会去调用register_forlinx_server_PwmService（）这个函数，而这个函数的定义如下所示：

     一起来看看这行代码：static const char* const kClassName ="forlinx_pwm_server/server/PwmService";，就是通过kClassName找到相应的库的，而这个PwmService就是在Android2.3.5/frameworks\base\services\forlinx_pwm_server\server\PwmService.java文件，如下所示：

        也就是说Java层通过这种手段实现了Java层去调用C/C++层的库，这样就将Anroid底层给封装起来了，而在Android的JNI层会去调用Android的HAL层，而HAL层调用的就是Linux的驱动！！

六：JNI的垃圾回收
       Java中创建的对象最后由垃圾回收器来回收和释放内存的，而对于JNI，直接对对象进行引用后不会增加引用计数值，当从JNI返回后在JNI引用的对象有可能被垃圾回收器回收，而在JNI下面记录的指针有可能是野指针，为了解决此类问题，JNI规范提供如下三类引用:

• Local Refrence：本地引用，在JNI层函数中使用的非全局变量都是采用Local Refrence，它包含函数调用时传入的jobject和在JNI层函数中创建的jobject，其最大的特点是一旦JNI层函数返回，这些jobject就可能被垃圾回收了。
• Global Refrence：全局引用，这类引用如果程序不主动调用销毁接口将一直驻留在内存中。
• Weak Global Refrence：弱全局引用，在使用过程中有可能被释放，调用JNIEnv中IsSameObject函数来判断是否仍然存在。

七：Java下JNI函数的签名信息

       Android系统下Jave的JNI的签名Signature的书写规则如下：  ()中的字符表示参数，后面的则代表返回值，如“()V”就表示void  func()， “(II)V”表示void func(int, int)等。具体的每个字符对应关系如下：

        如果java函数的参数是class，则以“L”开头，以“;”结尾，中间是用“/”隔开的包及类名，对应的C函数名的参数则为jobject，一个例外是String类，其对应类为jstring。如下所示：

          Ljava/lang/String;    String     jstring
          Ljava/net/Socket;     Socket     jobject

        以android2.3.5/frameworks\base\services\forlinx_pwm_jni\PwmJniService.cpp中的static const JNINativeMethod gMethods[]数组函数为例子，如下所示：

        选取forlinx_set_freq函数来说明JNI签名的问题，在上图中可以看到   { "_set_freq",     "(I)Z", (void *)forlinx_set_freq }, 这样的定义方式，对照上表中的签名解析表格，我们就一目了然啦。forlinx_set_freq函数的定义如下所示：

        可以看出来forlinx_set_freq的返回值类型为： jboolean，而 jboolean所代表的JNI签名为：Z，而 jint freq是forlinx_set_freq函数中需要设置的一个值，而 jint所代表的JNI的签名为：I 因此forlinx_set_freq函数的签名信息为： （I）Z。