Android - 深入理解 JNI
JNI : Java Native Interface 即JAVA本地調用，為何需要這種技術呢？原因有二：
1、運行JAVA程序的虛擬機是用Native語言編寫的，而虛擬機運行在具體的平臺上，所以虛擬機本身無法做到平臺無關，而利用JNI技術即可對JAVA層屏蔽不同操作系統平臺之間的差異，如file，socket等
2、在JAVA語言誕生前，很多程序使用Native語言編寫，JAVA直接利用JNI使用，避免造重復輪子的壞名聲。而且JNI的運行效率和速度會更高
第一大部分： JAVA如何調用Native函數
通過MediaScanner進行完整解釋其工作原理：
調用層次關系，圖示：
JAVA層代碼分析：MediaScanner.java
public class MediaScanner
{
static { //static 語句，前面的 JAVA學習系列（一） 有說明過這個問題
//加載對應用JNI庫，linux上即調用libmedai_jni.so，而windows平臺上調用libmedia_jni.dll
System.loadLibrary("media_jni");
native_init(); //調用native函數
}
//非native函數
public void scanDirectories(String[] directories, String volumeName)
//聲明native函數，native為JAVA語言的關鍵字
private static native final void native_init();
private native final void native_setup();
private native final void native_finalize();
private native void processDirectory(String path, String extensions, MediaScannerClient client);
}
總結： 一個是加載jni動態庫，二是聲明java的native函數
JNI層 android_media_MediaScanner.cpp 分析：
首先來找下java層的native_init函數對應jni層的函數？
首先native_init函數位于android.media包中，它的全路徑：android.media.MediaScanner.native_init，由于
在native語言中，"."有特殊的意義，所以用"_"來替換：即上面路徑這為：android_media_MediaScanner_native_init
ok,函數名就如此關聯起來了。而JNI函數注冊有兩種方式：
1、靜態注冊方法
a、編寫java代碼，然后編譯生成.class文件
b、使用javah -o output packagename.classname生成jni層頭文件
調用時先加載動態庫，然后查找native_init函數的jni函數：android_media_MediaScanner_native_init
如果找到則建立這兩個函數的關聯關系，即保存jni層函數的函數指針，這個由虛擬機完成。
缺點：javah生成的函數名特別長，不利于書寫，且第一次調用時需要根據函數名字搜索建立關聯關系。
2、動態注冊方法
利用JNINativeMethod結構保存其關系
typedef struct
{
//JAVA中native函數名字
const char name;
//簽名信息，用字符串表示，參數類型及返回值類型的組合
const char signature;
///JNI層函數函數指針，轉換為void類型
void fnPtr;
};
static JNINativeMethod gMethods[] = {
{"processDirectory", "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;Landroid/media/MediaScannerClient;)V",
(void )android_media_MediaScanner_processDirectory},
{"processFile", "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;Landroid/media/MediaScannerClient;)V",
(void )android_media_MediaScanner_processFile},
{"setLocale", "(Ljava/lang/String;)V", (void )android_media_MediaScanner_setLocale},
{"extractAlbumArt", "(Ljava/io/FileDescriptor;)[B", (void )android_media_MediaScanner_extractAlbumArt},
{"native_init", "()V", (void )android_media_MediaScanner_native_init},
{"native_setup", "()V", (void )android_media_MediaScanner_native_setup},
{"native_finalize", "()V", (void )android_media_MediaScanner_native_finalize},
};
這里說明一下簽名信息：
因為JAVA支持函數重載，可以定義同名但不同參數的函數，但直接根據函數名是沒法找到具體函數的，因此利用參數類型及返回類型
組成簽名信息。
常用類型標識符：
類型標識 JAVA類型 字長
Z boolean 8位
B byte 8位
C char 16位 -- 注意喲
S short 16位
I int 32位
J long 64位
F float 32位
D double 64位
L/java/languageString String
[I int[] int數組
[L/java/lang/object Object[] 對象數組
// This function only registers the native methods, and is called from
// JNI_OnLoad in android_media_MediaPlayer.cpp
int register_android_media_MediaScanner(JNIEnv env)
{
//利用registerNativeMethods注冊JNI函數
return AndroidRuntime::registerNativeMethods(env,
"android/media/MediaScanner", gMethods, NELEM(gMethods));
}
// 加載jni庫，查找該庫中的JNI_OnLoad函數完成動態注冊工作
jint JNI_OnLoad(JavaVM vm, void reserved)
{
...
if (register_android_media_MediaScanner(env) < 0) {
LOGE("ERROR: MediaScanner native registration failed\n");
goto bail;
}
}
static void
android_media_MediaScanner_processDirectory(JNIEnv env, jobject thiz, jstring path, jstring extensions, jobject client)
{
MyMediaScannerClient myClient(env, client);
mp->processDirectory(pathStr, extensionsStr, myClient, ExceptionCheck, env);
...
}
NATIVE庫實現：MediaScanner.cpp （編譯成libmedia.so庫）
status_t MediaScanner::processDirectory(
const char path, const char extensions,
MediaScannerClient &client,
ExceptionCheck exceptionCheck, void exceptionEnv) {
...
client.setLocale(locale());
status_t result =
doProcessDirectory(
pathBuffer, pathRemaining, extensions, client,
exceptionCheck, exceptionEnv);
free(pathBuffer);
...
}
如此整個流程調用邏輯就講完了。
第二大部分：JNIEnv 介紹
JNIEnv 是一個與線程相關的變量，由于線程相關，所以線程B中不能使用線程A中的JNIEnv函數。
那個多個線程由誰來保存并保證每個線程的JNIEnv結構體正確呢？
jint JNI_OnLoad(JavaVM vm, void reserved)
全進程只有一個JavaVM對象，可以保存并在任何地方使用沒有問題，獨此一份。
利用JavaVM中的 AttachCurrentThread函數，就可以得到這個線程的 JNIEnv結構體，利用用DetachCurrnetThread釋放相應資源
a、通過 JNIEnv 操作 jobject
jfieldID 操作成員變量
jmethodID 操作成員函數
/
Get a field ID (instance fields).
/
static jfieldID GetFieldID(JNIEnv env, jclass jclazz,
const char name, const char sig)
/
Get a method ID for an instance method.
JNI defines
* "direct" method, so we have to special-case it here.
*
* Dalvik also puts all private methods into the "direct" list, so we
* really need to just search both lists.
*/
static jmethodID GetMethodID(JNIEnv* env, jclass jclazz, const char* name,
const char* sig)
具體實現參考：dalvik\vm\jni.c的實現：重要的函數還有 JNI_CreateJavaVM ［Create a new VM instance］
舉例說明JNI如何調用JAVA層函數：
JNIEnv *mEnv;
jmethodID mScanFileMethodID;
jmethodID mHandleStringTagMethodID;
MyMediaScannerClient(JNIEnv *env, jobject client)
: mEnv(env),
mClient(env->NewGlobalRef(client)),
mScanFileMethodID(0),
mHandleStringTagMethodID(0),
mSetMimeTypeMethodID(0)
{
...
// 找到 android.media.MediaScannerClient類在JNI層對應用用jclass實例
jclass mediaScannerClientInterface = env->FindClass("android/media/MediaScannerClient");
//依此取出 MediaScannerClient 類中的函數 scanFile/handleStringTag 的 jMethodID
mScanFileMethodID = env->GetMethodID(mediaScannerClientInterface, "scanFile",
"(Ljava/lang/String;JJ)V");
mHandleStringTagMethodID = env->GetMethodID(mediaScannerClientInterface, "handleStringTag",
"(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)V");
}
// returns true if it succeeded, false if an exception occured in the Java code
virtual bool scanFile(const char* path, long long lastModified, long long fileSize)
{
// 調用JNIEnv的CallVoidMethod函數：
// 第一個參數代表 MediaScannerClient 的 jobject 對象，第二個參數代表 scanFile的 jMethodID
// 后面的是JAVA層 ScanFile 函數參數
mEnv->CallVoidMethod(mClient, mScanFileMethodID, pathStr, lastModified, fileSize);
}
實現上JNIEnv提供了一系列類似的函數調用JAVA函數：
NativeType Call
同時也可以設定或獲取JAVA層的成員變量值，定義如下：
NativeType Get
NativeTYpe Set