Android NDK、JNI入门

1.背景

本来一直在做商城类的项目舒坦着，突然老板拿了一块Android的主板和芯片过来，说我们打算做一款自动售货机，从没做过这类项目的我，当时就一脸懵逼了，芯片、自动售货机，What?还好我依稀记得，这类项目是关于NDK、JNI的，于是，我来了！

2.介绍

  1. 什么是NDK？

NDK全称是Native Development Kit，NDK提供了一系列的工具，帮助开发者快速开发C（或C++）的动态库，并能自动将so和java应用一起打包成apk。NDK集成了交叉编译器（交叉编译器需要UNIX或LINUX系统环境），并提供了相应的mk文件隔离CPU、平台、ABI等差异，开发人员只需要简单修改mk文件（指出“哪些文件需要编译”、“编译特性要求”等），就可以创建出so。

  1. 为什么使用NDK？
  • 代码的保护。由于apk的java层代码很容易被反编译，而C/C++库反汇难度较大。
  • 可以方便地使用现存的开源库。大部分现存的开源库都是用C/C++代码编写的。
  • 提高程序的执行效率。将要求高性能的应用逻辑使用C开发，从而提高应用程序的执行效率。
  • 便于移植。用C/C++写得库可以方便在其他的嵌入式平台上再次使用。
  1. 什么是JNI？

JNI的全称是Java Native Interface，它提供了若干的API实现了Java和其他语言的通信（主要是C和C++）。

  1. 为什么使用JNI？

JNI的目的是使java方法能够调用c实现的一些函数。

  1. 安卓中的so文件是什么？

android中用到的so文件是一个c++的函数库。在android的JNI中，要先将相应的C语言打包成so库，然后导入到lib文件夹中供java调用。

3.下载 NDK 和工具

为了给应用编译和调试原生代码，我们需要以下组件：

  • Android 原生开发工具包 (NDK)：这套工具集允许您为 Android 使用 C 和 C++ 代码，并提供众多平台库，让您可以管理原生 Activity 和访问物理设备组件，例如传感器和触摸输入。
  • CMake：一款外部构建工具，可与 Gradle 搭配使用来构建原生库。如果您只计划使用 ndk-build，则不需要此组件。
  • LLDB：一种调试程序，Android Studio 使用它来调试原生代码。

我们可以在SDK 管理器安装这些组件

  1. 依次打开 Settings>Appearance&Behavior>System Settings>Android SDK>SDK Tools
  2. 勾上LLDB、CMake 和 NDK进行下载
image

4.配置NDK的环境变量

  • 打开File > Project Structure > SDK Location，选择默认NDK的路径
image
  • 复制NDK的路径
image
  • 右击我的电脑>属性>高级系统设置>环境变量>新建，添加一个系统变量NDK_HOME，并把刚才复制的ndk-bundle的路径填上去,记得确认。
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  • 找到Path系统变量（不需要创建），新建一个%NDK_HOME%，也就是上面NDK_HOME的变量添加进去。
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  • 在Terminal/cmd中不需要考虑路径，直接输入 ndk-build ，如出现如下内容，则表明NDK环境配置成功！（配置NDK环境前如果已经打开了Android Studio或者Cmd需要重新启动，否则可能没效果！)


    image

5.创建native相关方法

image

5.1 native相关方法去掉报红

取消检测即可，打开 Settings>Editor>Inspections>Android>Missing JNI function 去掉勾选。

image

去掉后，效果如下：

image

6.创建c/c++文件

6.1 生成头文件

  1. Terminal终端，通过下面命令 切换到项目xx\app\目录下。
cd D:\Workspace\NDKFirst\app>

注：由于下面的路径都比较长，我们可以右击相应的目录进行快捷复制：

image
  1. 根据java文件生成c的头文件， 执行如下命令

格式：javah ­d jni -encoding utf-8 ­classpath java文件夹路径 包名+类名

javah ­d jni ­classpath D:\Workspace\NDKFirst\app\src\main\java com.brainbg.ndkfirst.NDKUtils
或者
javah ­d jni -encoding utf-8 ­classpath D:\Workspace\NDKFirst\app\src\main\java com.brainbg.ndkfirst.NDKUtils

其中

  • javah ：
  • ­d jni ：创建jni目录
  • -encoding utf-8 ：指定编码格式为utf-8
  • ­classpath D:\Workspace\NDKFirst\app\src\main\java\ ：到java目录的路径
  • com.brainbg.ndkfirst.JNIUtils ：包名+类名

注：不加上-encoding utf-8，可能会提示错误: 编码GBK的不可映射字符。

  1. 执行后，收缩app目录后重新打开，会发现多了一个jni的目录，com_brainbg_ndkfirst_NDKUtils.h就是新生成的头文件。
image

com_brainbg_ndkfirst_NDKUtils.h内容如下：

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class com_brainbg_ndkfirst_NDKUtils */

#ifndef _Included_com_brainbg_ndkfirst_NDKUtils
#define _Included_com_brainbg_ndkfirst_NDKUtils
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     com_brainbg_ndkfirst_NDKUtils
 * Method:    getStringFromJNI
 * Signature: ()Ljava/lang/String;
 */
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_brainbg_ndkfirst_NDKUtils_getStringFromJNI
  (JNIEnv *, jclass);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

中间一段最为核心：

格式：Java_包名类名方法名

6.2 添加 c/c++文件

  • 添加cpp文件

first.cpp

  • 添加c文件

first.c

#include <jni.h>
#include "com_brainbg_ndkfirst_NDKUtils.h"
 JNIEXPORT jstring JNICALL
 Java_com_brainbg_ndkfirst_NDKUtils_getStringFromJNI(JNIEnv* env, jobject obj) {
     return (*env)->NewStringUTF(env,"This is my first jni!");
 }

修改好的内容后，你会留意到上面还有提示：大意就是目前的c/c++文件还不属于项目中的一部分！为此，我们还需要处理build.gradle、Android.mk等文件。

image

7.添加mk文件

7.1 添加 Android.mk文件(必加)

注意mk文件里面不能添加注释，不然编译不通过。

LOCAL_PATH := $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_MODULE        := first-jni
LOCAL_SRC_FILES     := first.c
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

更多内容，可以直接查看：Android.mk 官方介绍

7.2 添加 Application.mk文件（可选）

APP_PLATFORM := android-16
APP_ABI :=all
  • APP_PLATFORM ：指定so库所支持最低的API
  • APP_ABI：指定生成平台的so库

注：不添加Application.mk，会提示Android NDK: APP_PLATFORM not set. Defaulting to minimum supported version android-16.

更多内容，可以直接查看：Application.mk 官方介绍

8.编译so库文件

进入app目录，执行ndk-build进行编译

cd D:\Workspace\NDKFirst\app

ndk-build

执行成功后，效果如下

image

同时项目中会得到相应的so包，其中lib为核心，obj为编译中产生的文件，可删除。

image

9.用Gradle链接c++项目

  1. jni目录中右击任意文件选择Link C++ project with Gradle
image
  1. 其中Build System 选择ndk-build ,Project Path 选择Android.mk的路径,而后确认。
image
  1. 完成上面的操作后，app/build.gradle里面会出现如下代码
android {
   ......

   externalNativeBuild {
        ndkBuild {
            path file('jni/Android.mk')
        }
    }
}

当然，下次项目的话，我们直接加入上面代码也可。

10.加载so库、运行app

  • NDKUtils.java
public class NDKUtils {
    public static final String TAG = NDKUtils.class.getSimpleName();

    static {
        try {
            System.loadLibrary("first-jni");  //加载so库
        } catch (UnsatisfiedLinkError e) {
            e.printStackTrace();
            Log.e(TAG,"loadLibrary fail !");
        }
    }

    public static native String getStringFromJNI();
}
  • MainActivity.java
public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        TextView tvContent = findViewById(R.id.tv_content);
        tvContent.setText(NDKUtils.getStringFromJNI());
    }
}
  • activity_main.xml
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    tools:context=".MainActivity">

    <TextView
        android:id="@+id/tv_content"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:layout_centerInParent="true"
        android:text="Hello World!" />

</RelativeLayout>
  • 运行后效果
image

到此为止，第一个关于NDK、JNI的Demo已经完成，相关文章，后续可能、应该、大概也会推出吧。

11.下载地址

GitHub项目下载

参考资料

https://developer.android.google.cn/ndk/guides
https://blog.csdn.net/young_time/article/details/80346631
https://yq.aliyun.com/articles/60710?spm=a2c4e.11153940.0.0.11bc68d9CLrDix

作者：Brainbg
GitHub：https://github.com/Brainbg
博客：https://www.brainbg.com/
简书：https://www.jianshu.com/u/94518ede7100
CSDN：https://blog.csdn.net/u014720022

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