Android NDK开发之旅9--JNI--JNI开发流程

NDK

NDK: 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。

使用NDK的原因:

  1. 安全。Java容易反编译,C/C++不容易。
  2. 效率。Java实现效率低或者不能实现。

JNI

JNI(Java Native Interface):Java调用C/C++,C/C++调用Java的一套API。
NDK开发需要用到JNI。

JNI开发流程

  1. 编写native方法。
  2. javah命令,生成.h头文件。
  3. 复制.h头文件到CPP工程中。
  4. 复制jni.h和jni_md.h文件到CPP工程中。
  5. 实现.h头文件中声明的函数。
  6. 生成dll文件。
  7. 配置dll文件所在目录到环境变量。
  8. 重启Eclipse。
JNI开发流程详细步骤说明

创建Java工程,编写native方法,例如这里创建了getStringFromC方法,为了方便在main函数中使用,加上static:

package com.test;

public class JniTest {

    public static native String getStringFromC();

}

打开命令行,通过cd命令转到当前Java工程的src目录下面,然后执行javah命令,参数是完整类名:

执行javah命令.png

然后在src目录就会生成.h头文件:

自动生成头文件.png

然后将这个头文件拷贝到C/C++工程目录下,然后在VS中通过“添加现有项”,加到工程中:

添加现有项.png

同理,提示缺乏jni.h文件的时候,到JDK目录下把jni.h、jni_md.h也通过这种方法加进来,完整的项目如下:

完整项目.png
注意:include<>是引入系统的头文件,include""是引入自己的头文件,因此这里需要改一下,否则会报错。

最后,在Test.c文件中实现native方法:

#include "com_test_JniTest.h"

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_test_JniTest_getStringFromC
(JNIEnv * env, jclass jcls){

    //返回Java的字符串,这里先不作讲解
    return (*env)->NewStringUTF(env, "String From C");

}

配置解决方案平台,新建平台,选择ARM X64平台:

配置解决方案平台.png

配置解决方案的类型,选择输出动态库文件:

修改解决方案类型.png
Windows下面动态库以dll结尾,Linux下面以so结尾。

通过“生成解决方案”,就会在工程生成dll文件,然后把这个目录添加到环境变量中,这样组偶的目的是为了Java在执行的时候能够找到我们的动态库文件。

最后回到Java工程,通过System.loadLibrary导入动态库,然后在main方法中测试native方法:

package com.test;

public class JniTest {

    static {
        System.loadLibrary("JniTest");
    }

    public static native String getStringFromC();

    public static void main(String[] args) {
        String str = getStringFromC();
        System.out.println(str);
    }

}
因为修改了环境变量,因此需要重启Java IDE。否则会报找不到动态库文件的错误。
运行结果.png
JNI的调用过程

如下图所示,在调用native方法的时候,先去动态库里面找对应的实现,命名的规则是:

Java_完整类名_函数名

如果有返回的话,就返回给Java层。

JNI调用流程.png

动态库与静态库

不同平台下的区别:

  1. Linux平台下:动态库是.so,静态库是.a
  2. Windows平台下:动态库是.dll,静态库是.lib

动态库与静态库的区别:

  1. 如果使用静态库,全部都会包含在最终生成的exe文件。动态库是不会包含的,运行的时候才会被程序加载进来。
  2. 动态库可以多个应用共享(加载即可),加载不加载可以随时由程序完成。

JNI开发中JNIEnv在C和C++中实现的区别

JNIEnv:JNIEnv里面有很多方法,与Java进行交互,代表Java的运行环境。JNI Environment。

在C中:
JNIEnv 结构体指针的别名
env 二级指针

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_test_JniTest_getStringFromC
(JNIEnv * env, jclass jcls){
    //env是一个二级指针,函数中需要再次传入
    return (*env)->NewStringUTF(env, "String From C");
}

在C++中:
JNIEnv 是一个结构体的别名
env 一级指针

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_test_JniTest_getStringFromC
(JNIEnv * env, jclass jcls){
    //env是一个一级指针,函数中不需要再次传入
    return env->NewStringUTF("String From C");
}
为什么要用二级指针:
  1. 为什么需要传入JNIEnv?函数执行过程中需要JNIEnv
  2. C++为什么没有传入?因为C++中有this指针。
  3. C++只是对C的那一套进行的封装,给一个变量赋值为指针,这个变量是二级指针

源码分析

在jni.h头文件中有下面的预编译代码:

#ifdef __cplusplus
typedef JNIEnv_ JNIEnv;
#else
typedef const struct JNINativeInterface_ *JNIEnv;
#endif
  1. 如果是C环境的话,JNIEnv就是一个JNINativeInterface_结构体的指针别名。
  2. 如果是C++环境的话,JNIEnv就是一个结构体JNIEnv_的别名,而JNIEnv_是对JNINativeInterface_的封装。

注意:在结构体与指针的文章中有下面的说明:

struct Person* p = &p2;

printf("%s,%d",(*p).name,(*p).age);//等价于
printf("%s,%d",p->name,p->age);

也就是说,我们在C语音调用下面这句的时候:

(*env)->NewStringUTF(env, "String From C");

env是结构体的二级指针,它取内容*env是一级指针,通过一级指针就可以通过->符号操作结构体了。
而NewStringUTF函数中需要用到JNIEnvironment,因此需要继续传入这个二级指针env自身。

但是在C++里面,JNIEnv就是一个结构体的别名,通过使用一级指针同样可以访问结构体本身,但是由于C++里面有this关键字代表自身,因此可以省略传入参数(已经封装好)。

struct JNIEnv_ {
    const struct JNINativeInterface_ *functions;

    jstring NewStringUTF(const char *utf) {
        return functions->NewStringUTF(this,utf);
    }

    //代码省略
}

如上所示,C++中的JNIEnv就是JNIEnv_的别名,而JNIEnv_是对JNINativeInterface_的一次封装,在函数调用的时候,最终还是调用JNINativeInterface_结构体的方法:

functions->NewStringUTF(this, utf);

其中,本来JNINativeInterface_的函数NewStringUTF就是需要传入二级指针的,因为C++中有this指针,代表着调用这functions的指针(其实就是二级指针),因此在C++中可以直接使用this指针代表当前调用者的指针(二级指针),而在C语音中就需要有二级指针去做了。

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