2019-07-31-JNI原理

JNI,即Java本地接口,是Java与其他语言通信的桥梁

一,使用场景
  • 1,需要调用Java语言不支持的,依赖于操作系统平台特性的一些功能
  • 2,为了整合一些以前非Java语言开发的系统
  • 3,为了节省程序的运行时间,必须采用其他语言(比如C/C++)来提升运行效率

JNI不仅仅应用于Android开发,但是在Android的应用非常广泛,例如音视频,热修复,插件化,逆向开发,系统源码调用等

为了方便Android使用JNI技术,Android还提供了NDK开发工具包。NDK开发是基于JNI的,本职上和JNI没有什么区别

JNI不仅仅是Java调用Native语言,而且Native语言也可以通过JNI调用Java,即JNI是Java和Native互相通信的桥梁

二,Native方法注册

Native方法注册分为静态注册和动态注册

  • 1,静态注册,就是根据方法名,将Java方法和JNI函数建立关联

  • 但是它有一些缺点:

  • JNI层声明的函数名过长

  • 声明native方法的类需要用javah生成头文件

  • 初次调用native方法时需要建立关联,影响效率

  • 2,动态注册,我们知道静态注册就是Java的native方法通过方法指针来与JNI进行关联,如果Java的native方法知道它在JNI中对应的函数指针,就可以避免以上缺点,这就是动态注册

    JNI中有一种结构用来记录Java的native方法和JNI的关联关系,它就是JNINativeMethod,它在javah中被定义

      typeof struct {
          const char* name;//Java方法的名字
          const char* signature;//Java方法的签名信息
          void* fnPtr;//JNI中对应的方法指针
      } JNINativeMethod;
    

    Android系统的MediaRecorder采用的就是动态注册,下面是源码

      static const JNINativeMethod gMethods[] = {
          ...
          {"start",   "()V"},  (void * )android_media_MediaRecorder_start}
          {"stop",   "()V"},  (void * )android_media_MediaRecorder_stop}
          {"pause",   "()V"},  (void * )android_media_MediaRecorder_pause}
          {"resume",   "()V"},  (void * )android_media_MediaRecorder_resume}
          {"native_reset","()V"},(void * )android_media_MediaRecorder_native_reset}
          {"release",   "()V"},  (void * )android_media_MediaRecorder_release}
          {"native_init","()V"},(void * )android_media_MediaRecorder_ native_init}
          ...
      }
    
    • 上面的JNINativeMethod数组保存的就是Native方法和JNI的对应关系
    • start就是Java层的native方法,对应的JNI方法是android_media_MediaRecorder_start
    • “()V”是start方法的签名信息
    • 只注册JNINativeMethod数组是没有作用的,我们还需要注册它,注册的函数是register_android_media_MediaRecorder
    • 注册函数会在JNI_Onload里面调用,这个函数会在System.loadLibrary函数后调用
    • 上述的注册方法会返回一个AndroidRuntime的registerNativeMethods函数,而这个方法有返回了jniRegisterNativeMethods函数,它定义在JNIHelper.cpp中,最终调用JNIEnv的RegisterNatives函数完成JNI的注册

三,数据类型转换

Java的数据类型分为基本数据类型和引用数据类型,在JNI中对其也做了区分

  • 基本数据类型转换
Java Native Signature
byte jbyte B
char jchar C
double jdouble D
float jfloat F
int jint I
short jshort S
long jlong J
boolean jboolean Z
void jvoid V
  • 引用数据类型转换
Java Native Signature
Object jobject L+classname+;
Class jclass Ljava/Lang/Class;
String jstring Ljava/lang/String;
Throwable jthrowable Ljava/lang/ThrowAble
Object[] jobjectArray [L+classname+;
byte[] jbyteArray [B
char[] jcharArray [C
double[] jdoubleArray [D
float[] jfloatArray [F
int[] jintArray [I
short[] jshortArray [S
long[] jlongArray [J
boolean[] jbooleanArray [Z

四,方法签名

gMethods数组中存储的是MediaRecorder和Native方法于JNI层函数的对应关系,由于Java中是可以进行方法重载,所以仅仅靠方法名是定位不到具体的方法的,所以需要用方法名+参数名来签名

(参数签名格式..)返回值签名格式

Java提供了javap命令来自动生成方法签名,不需要我们手动写方法签名

javac D:/android/media/MeidaRecorder.java 生成.class文件

javap -s -p D:/android/media/MeidaRecorder.class
-s代表内部类型签名, p表示打印出所有的方法和成员(默认是public成员)

ps: javah 生成c/c++.h头文件

五,解析JNIEnv

JavaVM代表一个虚拟机进程

JNIEnv是Native世界中Java环境的代表,通过JNIEnv*指针就可以在Native世界中访问Java世界的代码进行操作,只在创建的线程有效,不能垮进程传递
JNIEnv的主要作用有一下俩点:

  • 调用Java的方法
  • 操作Java(操作Java中的变量和对象等)

JNINativeInterface中定义了很多函数

  • 获取Java类:class = env->findClass("android/media/MediaRecorder") 用来得到Java中指定名称的类
  • 获取Java类变量:fileds.context = env->GetFiledID(clazz, "mNativeContext", "j")
    用来获取指定名称的Java变量
  • 获取Java对象方法:fileds.start = env->GetMethodID(clazz, "start", "(Ljava/lang/String;) Z")
    获取指定的函数指针
  • 获取Java类方法:fileds.post_event = env->GetStaticMethodID(clazz, "postEvenFromNative", "(Ljava/lang/Object;IIIjava/lang/Object;) V")
    获取指定的静态方法的函数指针

访问获取到的Java方法等

  • 访问Java的静态方法:env-> CallStaticVoidMethod(clazz, fileds.post_event, mObject, msg, arg1, arg2, null)

六,引用类型

分类:本地引用,全局引用和弱全局引用

1,本地引用

JNI提供的函数返回的类型基本都是本地引用,特点:

  • 当native函数返回的时候,这个本地引用就会被自动释放
  • 只在创建它的线程有效,不能垮线程使用
  • 局部引用是JVM负责的引用类型,受JVM管理

2,全局引用
特点和本地引用几乎是相反的

  • 在native函数返回的时候,不会被自动释放,因此全局引用需要手动释放,并且不会被GC回收

  • 全局引用是可以跨进程使用的

  • 全局引用不受JVM管理

    通常情况下会在C/C++的析构函数中释放全局引用

3,弱全局引用
是一种特殊的全局引用,它和全局引用的特点类型,不同的是

  • 可以被GC回收,被回收之后指向NULL
  • 有对应释放函数,但是因为可能被GC回收,所以释放的时候,需要判断是否被回收