Android JNI基礎篇

前言

JNI學習其實並不難，在這裡，我將引導大家學習JNI的基礎知識，認真學完本教程，你將更加堅信我說的話。來吧，我們一起學習！

JNI基礎

JNI是什麼？

JNI的全稱就是Java Native Interface，顧名思義，就是Java和C/C++相互通訊的介面，就好比買賣房子都需要找中介一樣，這裡的JNI就是Java和C/C++通訊的中介，一箇中間人。

JNI標頭檔案

JNI開發前提是要引入jni.h標頭檔案，這個檔案Android NDK目錄下面

示例如下：

#include<jni.h>

怎麼載入so庫？

Android提供了3個實用的函式用來載入JNI庫，分別是System.loadLibrary(libname)，Runtime.getRuntime().loadLibrary(libname)，以及Runtime.getRuntime().load(libFilePath)。

用loadLibrary函式載入

用System.loadLibrary(libname)和Runtime.getRuntime().loadLibrary(libname)這兩個函式載入so庫，不需要指定so庫的路徑，Android會預設從系統的共享庫目錄裡面去查詢，Android的共享庫目錄就是vendor/lib和system/lib，如果在共享庫路徑裡面找到指定名字的so庫，就會立即載入這個so庫，所以我們給so庫起名的時候要儘量避免和Android共享庫裡面的so庫同名。如果在共享庫目錄裡面查詢不到，就會在APP的安裝目錄裡面查詢APP的私有so庫，如果查詢到，會立即載入這個so庫。

用

load函式載入

Runtime.getRuntime().load(libFilePath)用這個函式載入so庫，需要指定完整的so庫路徑，優點是載入速度快，並且不會載入錯誤的so庫，缺點就是需要指定完整的so庫路徑，有時候並不方便，大家常用的載入so庫的方式還是用loadLibrary函式來載入。

載入so庫示例

static {
    System.loadLibrary("native-lib");
    //用這種方式載入so庫和System.loadLibrary函式載入so庫的效果是一樣的
    //Runtime.getRuntime().loadLibrary("native-lib");
    
 
//String soLibFilePath;
    //用這種方式載入so庫需要指定完整的so庫路徑
    //Runtime.getRuntime().load(soLibFilePath);
}

Android Studio so庫配置

Android Studio通過CMakeLists.txt檔案配置需要生成的so庫，下面詳細給大家介紹一下這個CMakeLists.txt檔案如何配置。

Android Studio通過cmake命令來生成so庫。

CMakeLists.txt檔案配置詳解

add_library

add_library函式用來配置要生成的so庫的基本資訊，比如庫的名字，要生成的so庫是靜態的還是共享的，so庫的C/C++原始檔列表

示例如下：

add_library( native-lib
             SHARED
             src/main/cpp/native-lib.cpp
             src/main/cpp/native-lib2.cpp
             src/main/cpp/native-lib3.cpp)

第一個引數是so庫的名字

第二個引數是要生成的so庫的型別，靜態so庫是STATIC,共享so庫是SHARED

第三個引數是C/C++原始檔，可以包括多個原始檔

find_library

find_library函式用來從NDK目錄下面查詢特定的so庫

示例如下：

find_library( log-lib
              log )

第一個引數是我們給要查詢的so庫起的名字，名字可以隨便寫

第二個引數是要查詢的so庫的名字，這個名字是從真實的so庫的名字去掉字首和字尾後的名字，比如liblog.so這個so庫的名字就是log

target_link_libraries

target_link_libraries函式用來把要生成的so庫和依賴的其它so庫進行連結，生成我們需要的so庫檔案

示例如下：

target_link_libraries( native-lib
                       ${log-lib} )

第一個引數是我們要生成的so庫的名字去掉字首和字尾後的名字，在這個例子中，要生成的真實的so庫的名字是libnative-lib.so

第二個引數是連結我們用find_library函式定義的查詢的依賴庫的名字log-lib，語法就是${依賴的庫的名字}

Java和JNI型別對照表

這裡詳細介紹一下Java型別和C/C++型別的對照關係，方便我們下面的學習，這一部分知識很基礎，也很重要。

Java和JNI基本型別對照表

Java的基本型別可以直接與C/C++的基本型別對映，因此Java的基本型別對開發人員是透明的。

Java型別	JNI型別	C/C++型別	大小
Boolean	jboolean	unsigned char	無符號8位
Byte	jbyte	char	有符號8位
Char	jchar	unsigned short	無符號16位
Short	jshort	short	有符號16位
Integer	jint	int	有符號32位
Long	jlong	long long	有符號64位
Float	jfloat	float	32位浮點值
Double	jdouble	double	64位雙精度浮點值

Java和JNI引用型別對照表

與Java基本型別不同，引用型別對開發人員是不透明的。Java類的內部資料結構並不直接向原生程式碼公開。也就是說原生C/C++程式碼並不能直接訪問Java程式碼的欄位和方法。

Java型別	C/C++型別
java.lang.Class	jclass
java.lang.Throwable	jthrowable
java.lang.String	jstring
java.lang.Object	jobject
java.util.Objects	jobjects
java.lang.Object[]	jobjectArray
Boolean[]	jbooleanArray
Byte[]	jbyteArray
Char[]	jcharArray
Short[]	jshortArray
int[]	jintArray
long[]	jlongArray
float[]	jfloatArray
double[]	jdoubleArray
通用陣列	jarray

說明任何Java陣列在JNI裡面都可以使用jarray來表示，比如Java的int[]陣列，用JNI可以表示為jintArray，也可以表示為jarray

JNI函式詳解

JNI字串相關的函式

C/C++字串轉JNI字串

NewString函式用來生成Unicode JNI字串

NewStringUTF函式用來生成UTF-8 JNI字串

示例如下：

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_kgdwbb_jnistudy_MainActivity_testJString(JNIEnv* env, jobject thiz,jstring jstr) {
char *str="helloboy";
jstring jstr2=env->NewStringUTF(str);

const jchar *jchar2=env->GetStringChars(jstr,NULL);
size_t len=env->GetStringLength(jstr);
jstring jstr3=env->NewString(jchar2,len);
}

JNI字串轉C/C++字串

GetStringChars函式用來從jstring獲取Unicode C/C++字串

GetStringUTFChars函式用來從jstring獲取UTF-8 C/C++字串

示例如下：

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_kgdwbb_jnistudy_MainActivity_testJString(JNIEnv* env, jobject thiz,jstring jstr) {
const char *str=env->GetStringUTFChars(jstr,NULL);
const jchar *jchar2=env->GetStringChars(jstr,NULL);
}

釋放JNI字串

ReleaseStringChars函式用來釋放Unicode C/C++字串

ReleaseStringUTFChars函式用來釋放UTF-8 C/C++字串

示例如下：

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_kgdwbb_jnistudy_MainActivity_testJString(JNIEnv* env, jobject thiz,jstring jstr) {
const char *str=env->GetStringUTFChars(jstr,NULL);
env->ReleaseStringUTFChars(jstr,str);

const jchar *jchar2=env->GetStringChars(jstr,NULL);
env->ReleaseStringChars(jstr,jchar2);
}

JNI字串擷取

GetStringRegion函式用來擷取Unicode JNI字串

GetStringUTFRegion函式用來擷取UTF-8 JNI字串

示例如下：

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_kgdwbb_jnistudy_MainActivity_testJString(JNIEnv* env, jobject thiz,jstring jstr) {
const char *str=env->GetStringUTFChars(jstr,NULL);
char *subStr=new char;
env->GetStringUTFRegion(jstr,0,3,subStr);
env->ReleaseStringUTFChars(jstr,str);

const jchar *jchar2=env->GetStringChars(jstr,NULL);
jchar *subJstr=new jchar;
env->GetStringRegion(jstr,0,3,subJstr);
env->ReleaseStringChars(jstr,jchar2);
}

獲取JNI字串的長度

GetStringLength用來獲取Unicode JNI字串的長度

GetStringUTFLength函式用來獲取UTF-8 JNI字串的長度

示例如下：

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_kgdwbb_jnistudy_MainActivity_testJString(JNIEnv* env, jobject thiz,jstring jstr) {
jsize len=env->GetStringLength(jstr);
jsize len2=env->GetStringUTFLength(jstr);
}

JNI陣列相關的函式

JNI陣列相關的類

JNI類	備註
jbooleanArray	對應Java的boolean[]
jbyteArray	對應Java的byte[]
jcharArray	對應Java的char[]
jshortArray	對應Java的short[]
jintArray	對應Java的int[]
jlongArray	對應Java的long[]
jfloatArray	對應Java的float[]
jdoubleArray	對應Java的double[]
jobjectArray	對應Java的物件陣列object[]

JNI基本型別陣列

獲取JNI基本型別陣列元素

Get<Type>ArrayElements函式用來獲取基本型別JNI陣列的元素，這裡面的<Type>需要被替換成實際的型別，比如GetIntArrayElements，GetLongArrayElements等

示例程式碼如下：extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_kgdwbb_jnistudy_MainActivity_testJIntArray(JNIEnv* env, jobject thiz,jintArray array) {
jint *intArray=env->GetIntArrayElements(array,NULL);
int len=env->GetArrayLength(array);
for(int i=0;i<len;i++){
jint item=intArray[i];
}
}

獲取JNI基本型別陣列的子陣列

Get<Type>ArrayRegion函式用來獲取JNI陣列的子陣列，這裡面的<Type>需要被替換成實際的型別，比如GetIntArrayRegion，GetLongArrayRegion等

示例如下：

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_kgdwbb_jnistudy_MainActivity_testJIntArray(JNIEnv* env, jobject thiz,jintArray array) {
jint *subArray=new jint;
env->GetIntArrayRegion(array,0,3,subArray);
}

設定JNI基本型別陣列的子陣列

Set<Type>ArrayRegion函式用來獲取JNI基本型別陣列的子陣列，這裡面的<Type>需要被替換成實際的型別，比如SetIntArrayRegion，SetLongArrayRegion等

示例如下：

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_kgdwbb_jnistudy_MainActivity_testJIntArray(JNIEnv* env, jobject thiz,jintArray array) {
jint *subArray=new jint;
env->GetIntArrayRegion(array,0,3,subArray);
env->SetIntArrayRegion(array,0,3,subArray);
}

JNI物件陣列

GetObjectArrayElement函式用來獲取JNI物件陣列元素

SetObjectArrayElement函式用來設定JNI物件陣列元素

示例如下：

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_kgdwbb_jnistudy_MainActivity_testJObjectArray(JNIEnv* env, jobject thiz,jobjectArray array) {
int len=env->GetArrayLength(array);
for(int i=0;i<len;i++)
{
jobject item=env->GetObjectArrayElement(array,i);
}
}

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_kgdwbb_jnistudy_MainActivity_testJStringArray(JNIEnv* env, jobject thiz,jobjectArray array) {
int len=env->GetArrayLength(array);
for(int i=0;i<len;i++)
{
jstring item=(jstring)env->GetObjectArrayElement(array,i);
}
}

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_kgdwbb_jnistudy_MainActivity_testJObjectArray(JNIEnv* env, jobject thiz,jobjectArray array) {
jobject obj;
env->SetObjectArrayElement(array,1,obj);
}

獲取JNI陣列的長度

GetArrayLength用來獲取陣列的長度

示例如下：

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_kgdwbb_jnistudy_MainActivity_testJObjectArray(JNIEnv* env, jobject thiz,jobjectArray array) {
    int len=env->GetArrayLength(array);
}

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_kgdwbb_jnistudy_MainActivity_testJIntArray(JNIEnv* env, jobject thiz,jintArray array) {
int len=env->GetArrayLength(array);
}

JNI NIO緩衝區相關的函式

使用NIO緩衝區可以在Java和JNI程式碼中共享大資料，效能比傳遞陣列要快很多，當Java和JNI需要傳遞大資料時，推薦使用NIO緩衝區的方式來傳遞。

NewDirectByteBuffer函式用來建立NIO緩衝區

GetDirectBufferAddress函式用來獲取NIO緩衝區的內容

GetDirectBufferCapacity函式用來獲取NIO緩衝區的大小

示例程式碼如下：

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_kgdwbb_jnistudy_MainActivity_testDirectBuffer(JNIEnv* env, jobject thiz) {
    const char *data="hello world";
    int len=strlen(data);
    jobject obj=env->NewDirectByteBuffer((void*)data,len);
    long capicity=env->GetDirectBufferCapacity(obj);
    char *data2=(char*)env->GetDirectBufferAddress(obj);
}

JNI訪問Java類的方法和欄位

Java型別簽名對映表

JNI獲取Java類的方法ID和欄位ID，都需要一個很重要的引數，就是Java類的方法和欄位的簽名，這個簽名需要通過下面的表來獲取，這個表很重要，建議大家一定要記住。

Java型別	簽名
Boolean	Z
Byte	B
Char	C
Short	S
Integer	I
Long	J
Float	F
Double	D
Void	V
任何Java類的全名	L任何Java類的全名; 比如Java String類對應的簽名是Ljava/lang/String;
type[]	type[ 這個就是Java陣列的簽名，比如Java int[]的簽名是[I，Java long[]的簽名就是[J，Java String[]的簽名是 [Ljava/lang/String;
方法型別	（引數型別）返回值 型別， 比如Java方法void hello(String msg,String msg2)對應的簽名就是(Ljava/lang/String; Ljava/lang/String;)V 再比如Java方法String getNewName(String name)對應的簽名是（Ljava/lang/String;) Ljava/lang/String; 再比如Java方法long add(int a,int b)對應的簽名是(II)J

JNI訪問Java類方法相關的函式

JNI訪問Java類的例項方法

GetObjectClass函式用來獲取Java物件對應的類型別

GetMethodID函式用來獲取Java類例項方法的方法ID

Call<Type>Method函式用來呼叫Java類例項特定返回值的方法，比如CallVoidMethod，呼叫java沒有返回值的方法，CallLongMethod用來呼叫Java返回值為Long的方法，等等。

示例如下：

Java程式碼：

public native void callJavaHelloWorld2();

public void helloWorld2(String msg){
    Log.i("hello","hello world "+msg);
}

JNI程式碼：

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_kgdwbb_jnistudy_MainActivity_callJavaHelloWorld2(JNIEnv* env, jobject thiz) {
    jclass clazz=env->GetObjectClass(thiz);
    if(clazz==NULL) return;
    jmethodID helloWorld2_methodID=env->GetMethodID(clazz,"helloWorld2","(java/lang/String;)V");
    if(helloWorld2_methodID==NULL) return;
    const char *msg="hello world";
    jstring jmsg=env->NewStringUTF(msg);
    env->CallVoidMethod(thiz,helloWorld2_methodID,jmsg);
}

JNI訪問Java類的靜態方法

GetObjectClass函式用來獲取Java物件對應的類型別

GetStaticMethodID函式用來獲取Java類靜態方法的方法ID

CallStatic<Type>Method函式用來呼叫Java類特定返回值的靜態方法，比如CallStaticVoidMethod，呼叫java沒有返回值的靜態方法，CallStaticLongMethod用來呼叫Java返回值為Long的靜態方法，等等。

示例如下：

Java程式碼：

public native void callStaticJavaHelloWorld2();

public static void helloWorldStatic2(String msg){
    Log.i("hello","hello world static "+msg);
}

JNI程式碼：

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_kgdwbb_jnistudy_MainActivity_callStaticJavaHelloWorld2(JNIEnv* env, jobject thiz) {
    jclass clazz=env->GetObjectClass(thiz);
    if(clazz==NULL) return;
    jmethodID helloWorldStatic2_methodID=env->GetStaticMethodID(clazz,"helloWorldStatic2","(java/lang/String;)V");
    if(helloWorldStatic2_methodID==NULL) return;
    const char *msg="hello world";
    jstring jmsg=env->NewStringUTF(msg);
    env->CallStaticVoidMethod(clazz,helloWorldStatic2_methodID,msg);
}

JNI訪問Java類欄位相關的函式

JNI訪問Java類例項欄位

GetFieldID函式用來獲取Java欄位的欄位ID

Get<Type>Field用來獲取Java類欄位的值，比如用GetIntField函式獲取Java int型欄位的值，用GetLongField函式獲取Java long欄位的值，用GetObjectField函式獲取Java引用型別欄位的值

示例如下：

Java程式碼：

public class Person{
    public String name;
    public int age;
}

public native void getJavaObjectField(Person person);

private void test(){
    Person person=new Person();
    person.name="wubb";
    person.age=20;
    getJavaObjectField(person);
}

JNI程式碼：

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_kgdwbb_jnistudy_MainActivity_getJavaObjectField(JNIEnv* env, jobject thiz,jobject person) {
    jclass clazz=env->GetObjectClass(person);
    jfieldID name_fieldID=env->GetFieldID(clazz,"name","Ljava/lang/String;");
    jstring name=(jstring) env->GetObjectField(person,name_fieldID);

    jfieldID age_fieldID=env->GetFieldID(clazz,"age","I");
    jint age=env->GetIntField(person,age_fieldID);
}

JNI訪問Java類靜態欄位

GetStaticFieldID函式用來獲取Java靜態欄位的欄位ID

GetStatic<Type>Field用來獲取Java類靜態欄位的值，比如用GetStaticIntField函式獲取Java 靜態int型欄位的值，用GetStaticLongField函式獲取Java 靜態long欄位的值，用GetStaticObjectField函式獲取Java靜態引用型別欄位的值

示例如下：

Java程式碼：

public class Person {
    public String name;
    public int age;

    public static String name_static;
    public static int age_static;
}

public native void getJavaObjectStaticField(Person person);

private void test(){
    Person.name_static="wubb";
    Person.age_static=20;

    Person person=new Person();
    getJavaObjectStaticField(person);
}

JNI程式碼：

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_kgdwbb_jnistudy_MainActivity_getJavaObjectStaticField(JNIEnv* env, jobject thiz,jobject person) {
    jclass clazz=env->GetObjectClass(person);
    jfieldID name_fieldID=env->GetStaticFieldID(clazz,"name_static","Ljava/lang/String;");
    jstring name=(jstring) env->GetStaticObjectField(clazz,name_fieldID);

    jfieldID age_fieldID=env->GetStaticFieldID(clazz,"age_static","I");
    jint age=env->GetStaticIntField(clazz,age_fieldID);
}

JNI執行緒同步相關的函式

JNI可以使用Java物件進行執行緒同步

MonitorEnter函式用來鎖定Java物件

MonitorExit函式用來釋放Java物件鎖

示例如下：

Java程式碼:

jniLock(new Object());

JNI程式碼：

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_kgdwbb_jnistudy_MainActivity_jniLock(JNIEnv* env, jobject thiz,jobject obj) {
    env->MonitorEnter(obj);
    //do something
    env->MonitorExit(obj);
}

JNI異常相關的函式

JNI處理Java

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