Android Jni调用浅述

长平狐 发布于 2013/03/19 18:20
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1 简述

    JNI是Java Native Interface的缩写,中文为JAVA本地调用。从Java1.1开始,Java Native Interface(JNI)标准成为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一开始是为了本地已编译语言,尤其是C和C++而设计的,但是它并不妨碍你使用其他语言,只要调用约定受支持就可以了。

    由于Android的应用层的类都是以Java写的,这些Java类编译为Dex型式的字节码之后,必须依靠Dalvik虚拟机来运行,在Android中Dalvik虚拟机扮演很重要的角色.而Android中间件是由C/C++写的,这些C/C++写的组件并不是在Dalvik虚拟机上运行的。那么应用层上的Java代码又是如何与C/C++写的组件之间又是如何沟通的?

2 载入.so文件

System.loadLibrary(*.so文件);

在java代码中,可以通过loadLibrary要求VM装载so文件,java代码一般如下形式:

public class jnitest {
    static {
        System.loadLibrary("jnitest");
    }
    //...
}
上述代码运行时将会在/system/lib/目录下查找libjnitest.so文件,将载入VM,这样,java代码和C组件之间就构成了联系,接下来就可以通过一些方法可以相互调用了.

3 JNI_OnLoad与JNI_OnUnload

    在Android中,当程序在java层运行System.loadLibrary("jnitest");这行代码后,程序会去载入libjnitest.so文件,与此同时,产生一个"Load"事件,这个事件触发后,程序默认会在载入的.so文件的函数列表中查找JNI_OnLoad函数并执行,与"Load"事件相对,当载入的.so文件被卸载时,“Unload”事件被触发,此时,程序默认会去在载入的.so文件的函数列表中查找JNI_OnUnload函数并执行,然后卸载.so文件。需要注意的是,JNI_OnLoad与JNI_OnUnload这两个函数在.so组件中并不是强制要求的,用户也可以不去实现,java代码一样可以调用到C组件中的函数,在接下来的章节中会讲到这点.

    之所以在C组件中去实现这两个函数(特别是JNI_OnLoad函数),往往是做一个初始化工作或“善后”工作。可以这样认为,将JNI_ONLoad看成是.so组件的初始化函数,当其第一次被装载时被执行(window下的dll文件也可类似的机制,在_DLL_Main()函数中,通过一个swith case语句来识别当前是载入还是卸载)。将JNI_OnUnload函数看成是析构函数,当其被卸载时被调用。

    由此看来,就不难明白为什么很多jni C组件中会实现JNI_OnLoad这个函数了。 一般情况下,在C组件中的JNI_OnLoad函数用来实现给VM注册接口,以方便VM可以快速的找到Java代码需要调用的C函数。(此外,JNI_OnLoad函数还有另外一个功能,那就是告诉VM此C组件使用那一个JNI版本,如果未实现JNI_OnLoad函数,则默认是JNI 1.1版本)。

4 显式注册native方法

4.1 显式注册的作用:

    应用层的Java类别通过VM而调用到native函数。一般是通过VM去寻找*.so里的native函数。如果需要连续呼叫很多次,每次都需要寻找一遍,会多花许多时间。此时,C组件开发者可以将本地函数向VM进行注册,以便能加快后续调用native函数的效率.可以这么想象一下,假设VM内部一个native函数链表,初始时是空的,在未显式注册之前此native函数链表是空的,每次java调用native函数之前会首先在此链表中查找需要查找需要调用的native函数,如果找到就直接使用,如果未找到,得再通过载入的.so文件中的函数列表中去查找,且每次java调用native函数都是进行这样的流程,因此,效率就自然会下降,为了克服这样现象,我们可以通过在.so文件载入初始化时,即JNI_OnLoad函数中,先行将native函数注册到VM的native函数链表中去,这样一来,后续每次java调用native函数时都会在VM中的native函数链表中找到对应的函数,从而加快速度.

注:在Android 源码开发环境下,大多采用显式注册native方法.

4.2 在Android源码开发模式下有两种方法可以实现显示注册native方法:

方法一: 使用JNIHelp.h头文件中定义的jniRegisterNativeMethods来实现.

如~/WORKING_DIRECTORY/frameworks/base/services/jni/com_android_server_location_GpsLocationProvider.cpp:

注:此文件同级目录中的其它cpp文件大多采用此种方法进行native方法显式注册.

static JNINativeMethod sMethods[] = {
     /* name, signature, funcPtr */
    {"class_init_native", "()V", (void *)android_location_GpsLocationProvider_class_init_native},
    {"native_is_supported", "()Z", (void*)android_location_GpsLocationProvider_is_supported},
    {"native_init", "()Z", (void*)android_location_GpsLocationProvider_init},
    {"native_cleanup", "()V", (void*)android_location_GpsLocationProvider_cleanup},
    {"native_set_position_mode", "(IIIII)Z", (void*)android_location_GpsLocationProvider_set_position_mode},
    {"native_start", "()Z", (void*)android_location_GpsLocationProvider_start},
    {"native_stop", "()Z", (void*)android_location_GpsLocationProvider_stop},
    {"native_delete_aiding_data", "(I)V", (void*)android_location_GpsLocationProvider_delete_aiding_data},
    {"native_read_sv_status", "([I[F[F[F[I)I", (void*)android_location_GpsLocationProvider_read_sv_status},
    {"native_read_nmea", "([BI)I", (void*)android_location_GpsLocationProvider_read_nmea},
    {"native_inject_time", "(JJI)V", (void*)android_location_GpsLocationProvider_inject_time},
    {"native_inject_location", "(DDF)V", (void*)android_location_GpsLocationProvider_inject_location},
    {"native_supports_xtra", "()Z", (void*)android_location_GpsLocationProvider_supports_xtra},
    {"native_inject_xtra_data", "([BI)V", (void*)android_location_GpsLocationProvider_inject_xtra_data},
    {"native_agps_data_conn_open", "(Ljava/lang/String;)V", (void*)android_location_GpsLocationProvider_agps_data_conn_open},
    {"native_agps_data_conn_closed", "()V", (void*)android_location_GpsLocationProvider_agps_data_conn_closed},
    {"native_agps_data_conn_failed", "()V", (void*)android_location_GpsLocationProvider_agps_data_conn_failed},
    {"native_agps_set_id","(ILjava/lang/String;)V",(void*)android_location_GpsLocationProvider_agps_set_id},
    {"native_agps_set_ref_location_cellid","(IIIII)V",(void*)android_location_GpsLocationProvider_agps_set_reference_location_cellid},
    {"native_set_agps_server", "(ILjava/lang/String;I)V", (void*)android_location_GpsLocationProvider_set_agps_server},
    {"native_send_ni_response", "(II)V", (void*)android_location_GpsLocationProvider_send_ni_response},
    {"native_agps_ni_message", "([BI)V", (void *)android_location_GpsLocationProvider_agps_send_ni_message},
    {"native_get_internal_state", "()Ljava/lang/String;", (void*)android_location_GpsLocationProvider_get_internal_state},
    {"native_update_network_state", "(ZIZZLjava/lang/String;Ljava/lang/String;)V", (void*)android_location_GpsLocationProvider_update_network_state },
};

int register_android_server_location_GpsLocationProvider(JNIEnv* env)
{
    return jniRegisterNativeMethods(env, "com/android/server/location/GpsLocationProvider", sMethods, NELEM(sMethods));
}
其中jniRegisterNativeMethods和NELEM都是在头文件JNIHelp.h定义的,得:

#include "JNIHelp.h"

在Android.mk文件中得加上:

LOCAL_SHARED_LIBRARIES +=libnativehelper 

方法二:使用AndroidRuntime::registerNativeMethods

如~/WORKING_DIRECTORY/frameworks/base/media/jni/android_media_MediaPlayer.cpp:

注:当前目录下其它cpp文件大多采用此种方法进行显式native注册.

static JNINativeMethod gMethods[] = {
    {"setDataSource",       "(Ljava/lang/String;)V",            (void *)android_media_MediaPlayer_setDataSource},

    {
        "_setDataSource",
        "(Ljava/lang/String;[Ljava/lang/String;[Ljava/lang/String;)V",
        (void *)android_media_MediaPlayer_setDataSourceAndHeaders
    },

    {"setDataSource",       "(Ljava/io/FileDescriptor;JJ)V",    (void *)android_media_MediaPlayer_setDataSourceFD},
    {"_setVideoSurface",    "(Landroid/view/Surface;)V",        (void *)android_media_MediaPlayer_setVideoSurface},
    {"prepare",             "()V",                              (void *)android_media_MediaPlayer_prepare},
    {"prepareAsync",        "()V",                              (void *)android_media_MediaPlayer_prepareAsync},
    {"_start",              "()V",                              (void *)android_media_MediaPlayer_start},
    {"_stop",               "()V",                              (void *)android_media_MediaPlayer_stop},
    {"getVideoWidth",       "()I",                              (void *)android_media_MediaPlayer_getVideoWidth},
    {"getVideoHeight",      "()I",                              (void *)android_media_MediaPlayer_getVideoHeight},
    {"seekTo",              "(I)V",                             (void *)android_media_MediaPlayer_seekTo},
    //...
}
// This function only registers the native methods
static int register_android_media_MediaPlayer(JNIEnv *env)
{
    return AndroidRuntime::registerNativeMethods(env,
                "android/media/MediaPlayer", gMethods, NELEM(gMethods));
}
其中AndroidRuntime::registerNativeMethods是在头文件android_runtime/AndroidRuntime.h中定义,使用时得:

#include "android_runtime/AndroidRuntime.h"
且得在Android.mk文件中加上:

LOCAL_SHARED_LIBRARIES += \
    libandroid_runtime 

有关函数命名,请参考博客内另一篇文章: Android下如何通过JNI方法向上提供接口总结

注:以上两种显式注册native方法都只是适用于Android源码开发环境下,至于在Android NDK环境下如何显式注册native方法,暂时还没有研究过,且此两种方法目前NDK还不支持,NDK开发模式下一般采用隐式注册native函数,即接下来要讲的内容.


5 隐式注册native方法

前面第3节已经讲到,JNI_OnLoad和JNI_OnUnload函数并不是强制要求实现的,在这种情况下,就相当于在载入.so文件时,没有了初始化函数,既然没有了初始化函数,那显式注册native方法也行不通了。那这个时候又该如何让应用层的java代码调用下层的C函数呢?

    幸运地是,即使我们不使用任何代码做native函数显式注册,应用层的java代码在调用native函数时,也会采用默认的方法到转入的.so文件中的函数列表中查找对应的native 函数,只不过,这个native函数与java类型中声明的native函数的名字之前有一种默认的对应关系。如:

java类的native成员函数:public native int socket_send(int cmdid,String argus);默认会在.so文件中的函数列表中查找jint JNICALL Java_com_hase_bclm_bclm_socket_1send(JNIEnv *env, jobject obj, jint cmdid, jstring argus);函数,一旦找到此对应的函数,VM就会将此native函数自动注册到VM内部的native函数链表中,以便加快后续相同jni调用.

可接下来的问题是,作为码农的我们,又是如何知道java native成员函数对应着C组件中的native 函数的名字呢?简单地函数名字也许我们能搞定,复杂一点的就要傻眼了。同样幸运地是,JDK提供了一个javah工具,可以用这个工具来自动通过.class文件来生成C组件的头文件.

比如你用java写了一个xxx.java文件,里边的java类型里面声明了一些native成员函数,此xxx.java文件编译后会生成xxx.class文件,那么就在你生成的xxx.class包所在目录输入命令行:

$javah -jni com.packagename.yourclassname
就会在当前目录下生成一个头文件。

比如:

javah -jni com.test.example

则在当前目录下生成 com_test_example.h头文件.

当前目录下的com结构为:com/test/example.class

再将此头文件拷贝到你的C组件工程内,实现其中声明的native函数即可.


之前在显式注册native函数的相关章节中已经说明,显式注册是将native函数添加到VM内部的native函数链表中,以加快后续jni调用的效率,其实在隐性native 注册时,每一次执行某个jni调用时,VM在.so函数列表中找到对应的native函数后,同样也会将其注册到VM内部的native函数链表中,由此看到,隐式native注册的方法除了第一次执某个jni调用时会稍微速度慢点外,后续同样的调用就会直接在VM内部的native函数链表中找到对应的native函数,这样看来,显式与隐式注册native方法,其实效率相差无几.


OK,到此结束!


原文链接:http://blog.csdn.net/flydream0/article/details/7371692
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