1 前言

一直想在android層面寫c程序，然後java可以與c程序互動，以前在android原始碼中想玩就可以直接在init.rc中加上交叉編譯好的c程序就可以了，而在ide中，也就是ndk編譯後各種許可權問題就有點不得而知了。花了幾天時間研究實踐，也終於實現了。再者這個也可以為後期做程序間通訊和守護程序做準備。程序間通過一箇中轉daemon來處理分發，各個程序互動的介面也可以通過jni暴露給java層，而內部實現在c中也可以防止反編譯，安全性上也有一定的保障。說了這麼多，還是開始吧。

2 CMake JNI開發

Android studio逐漸用CMake來開發JNI層的c程式碼，也就是生成動態庫so檔案，不管是除錯還是補全都是非常不錯的。那就先來寫一個jni吧，在新建工程的時候，有個選項（ Include C++ support）勾選上就會生成對應的jni的支援，

2.1 build.gradle中加了如下的配置:

cppFlags支援c++11

externalNativeBuild {
            cmake {
                cppFlags "-std=c++11"
            }
        }

2.2 編譯的配置檔案CMakeLists.txt

 externalNativeBuild {
        cmake {
            path "CMakeLists.txt"
        }
    }

cmake_minimum_required(VERSION 3.4
 
.1)

# Creates and names a library, sets it as either STATIC
# or SHARED, and provides the relative paths to its source code.
# You can define multiple libraries, and CMake builds them for you.
# Gradle automatically packages shared libraries with your APK.

add_library( # Sets the name of the library
 
.
             native-lib

             # Sets the library as a shared library.
             SHARED

             # Provides a relative path to your source file(s).
             src/main/cpp/native-lib.cpp
             )

# Searches for a specified prebuilt library and stores the path as a
# variable. Because CMake includes system libraries in the search path by
# default, you only need to specify the name of the public NDK library
# you want to add. CMake verifies that the library exists before
# completing its build.

find_library( # Sets the name of the path variable.
              log-lib

              # Specifies the name of the NDK library that
              # you want CMake to locate.
              log )

# Specifies libraries CMake should link to your target library. You
# can link multiple libraries, such as libraries you define in this
# build script, prebuilt third-party libraries, or system libraries.

target_link_libraries( # Specifies the target library.
                       native-lib

                       # Links the target library to the log library
                       # included in the NDK.
                       ${log-lib} )

其實看下也能理解，native-lib是庫的名字，log 是列印需要依賴的android中的動態so庫，src/main/cpp/native-lib.cpp是對應的原始碼。

2.3 熟悉JNI程式碼

從CMakeLists.txt中我們可以看到程式碼路徑在src/main/cpp資料夾下，看下程式碼如下：

#include <jni.h>
#include <string>

extern "C"
JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_jared_jnidaemon_MainActivity_stringFromJNI(
        JNIEnv *env,
        jobject /* this */) {
    std::string hello = "Hello from C++";

    return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}

比較簡單，返回一個Hello from C++的字串，我們再來看下java層怎麼呼叫的。

呼叫其實很簡單，首先是一個native的介面：

public native String stringFromJNI();

一個靜態的載入so庫的系統方法：

static {
        System.loadLibrary("native-lib");
    }

到這裡，只要通過stringFromJNI()這個介面就可以呼叫c++層的程式碼獲取對應的字串了。是不是很簡單，那就繼續嘗試下自己加一個方法吧。這裡我們使用c++來開發吧。

2.4 動手寫JNI程式碼

首先在java層定義下我們需要的介面:

public native int sumFromJNI(int a, int b);

然後通過”Show Intention Actions”快捷鍵來create對應的jni的方法

extern "C"
JNIEXPORT jint JNICALL
Java_com_jared_jnidaemon_MainActivity_sumFromJNI(JNIEnv *env, jobject instance, jint a, jint b) {

    // TODO

}

然後我們就可以在這裡返回 a + b的值就可以了。這裡我們會新建一個c++檔案，那樣涉及的東西多點。cpp目錄下新建Hello.cpp檔案和Hello.h檔案：

#ifndef JNIDAEMON_HELLO_H
#define JNIDAEMON_HELLO_H

#include <string>
using namespace std;

class Hello {
public:
   Hello();

   string getHello();
   int sum(int a, int b);
};

#endif //JNIDAEMON_HELLO_H

新建一個Hello類，包含getHello方法和sum方法

#include <string>
#include "hello.h"

using namespace std;

Hello::Hello() {}

string Hello::getHello() {
    return "Hello eastmoon1117";
}

int Hello::sum(int a, int b) {
    return a + b;
}

實現Hello類的方法，比較簡單。再看下native-lib.cpp:

extern "C"
JNIEXPORT jint JNICALL
Java_com_jared_jnidaemon_MainActivity_sumFromJNI(JNIEnv *env, jobject instance, jint a, jint b) {

    Hello *hello= new Hello();
    return hello->sum(a, b);
}

這裡返回了hello的sum方法。
都準備好了，那就把.cpp加入到CMake編譯中吧

add_library( # Sets the name of the library.
             native-lib

             # Sets the library as a shared library.
             SHARED

             # Provides a relative path to your source file(s).
             src/main/cpp/native-lib.cpp
             src/main/cpp/hello.cpp
             )

然後我們再activity中呼叫
Log.d(“MainActivity”, sumFromJNI(2, 6))；就可以打印出8了。

3 NDK生成c可執行檔案並執行

因為是c程序，可以說和主工程沒有啥依賴，那就新建一個module來完成，這裡新建Daemon模組。本來想著用cmake的，但是不知道怎麼玩，就放棄了，直接用ndk編譯吧還是。在新的Daemon模組中新建jni目錄，在jni中新建daemon目錄。

3.1 Makefile

首先在jni目錄下建立兩個檔案，Android.mk和Application.mk
先看下Android.mk檔案:

include $(call all-subdir-makefiles)

意思就是包含素有子目錄的makefile也就是所有子目錄的Android.mk

再看下Application.mk檔案:

APP_ABI := all
APP_PLATFORM := android-18

APP_ABI是cpu相關的，比如arm的，mips的，x86的，這裡就編譯所有就好了。
APP_PLATFORM 是平臺相關的

現在回到daemon檔案，我們需要的東東，新建Android.mk，daemon.c和log.h檔案。
先看下Android.mk檔案：

LOCAL_PATH := $(call my-dir)

include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_MODULE    := daemon
LOCAL_SRC_FILES := daemon.c

LOCAL_C_INCLUDES += \
    $(LOCAL_PATH) \

LOCAL_LDLIBS := -lm -llog

include $(BUILD_EXECUTABLE)

編譯生成的檔名為daemon，原始碼是daemon.c，依賴m和log庫，BUILD_EXECUTABLE表示生成可執行檔案。

3.2 原始碼

再看下log.h檔案:

#include <jni.h>
#include <android/log.h>

#define TAG     "Native"

#define LOG_I(...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, TAG, __VA_ARGS__)
#define LOG_D(...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, TAG, __VA_ARGS__)
#define LOG_W(...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_WARN, TAG, __VA_ARGS__)
#define LOG_E(...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, TAG, __VA_ARGS__)

#define LOGI(tag, ...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, tag, __VA_ARGS__)
#define LOGD(tag, ...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, tag, __VA_ARGS__)
#define LOGW(tag, ...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_WARN, tag, __VA_ARGS__)
#define LOGE(tag, ...)  __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, tag, __VA_ARGS__)

這個就是對log的一個封裝。

最後看下daemon.c檔案：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>

#include "log.h"

#define LOG_TAG         "Daemon"

/* signal term handler */
static void sigterm_handler(int signo) {
    LOGD(LOG_TAG, "handle signal: %d ", signo);
}

int main(int argc, char *argv[]) {

    LOGI(LOG_TAG, "Copyright (c) 2018, eastmoon<[email protected]>");

    LOGI(LOG_TAG, "=========== daemon start =======");

    /* add signal */
    signal(SIGTERM, sigterm_handler);

    while (1) {
        LOGI(LOG_TAG, "=========== daemon running ======");
        sleep(3);
    }
}

主程序就是睡眠3s列印一條log。

3.3 build.gradle配置

建立一個ndk編譯的task

task ndkBuild(type: Exec) {
    //def ndkDir = project.plugins.findPlugin('com.android.library').sdkHandler.getNdkFolder()
    def ndkDir = project.android.ndkDirectory
    commandLine "$ndkDir/ndk-build.cmd", '-C', 'src/main/jni',
            "NDK_OUT=$buildDir/ndk/obj",
            "NDK_APP_DST_DIR=$buildDir/ndk/libs/\$(TARGET_ARCH_ABI)"
}

因為最後需要把對應的c程序拷貝到asset中，所以需要加上

 sourceSets {
        main {
            jni.srcDirs = []
            assets.srcDirs = ['src/main/assets']
        }
    }

然後新建一個copyExeFile任務:

task copyExeFile(type: Copy) {
    from fileTree(dir: file(buildDir.absolutePath + '/ndk/libs'), include: '**/*')
    into file('src/main/assets/')
}

再右上角找到Daemon–>Tasks–>other–>ndkBuild執行就可以編譯出對應的c可執行檔案
然後右上角找到Daemon–>Tasks–>other–>copyExeFile執行把需要的c可執行檔案拷貝到對應的assets資料夾下。

3.4 執行java層執行c程序

準備好了c可執行檔案後，下一步就是執行這個程序。由於android的許可權問題，對應的app會安裝到/data資料夾下，而/data資料夾又需要root後才能進去，一般手機是沒有root掉的，所以我們就通過讀取assets中的c檔案，寫到/data資料夾的對應的包中，然後再執行該檔案，那麼不需要root的情況下就可以執行我們的c程序了。

3.4.1 CommandForNative

在java層新建CommandForNative類：程式碼有點多，這裡不貼了，可以參考github的程式碼。簡要介紹下：
installBinary方法，就是根據cpu型號找到對應的c檔案，從assets中拷貝到指定的目錄下，然後設定許可權成為可執行許可權。
restartBinary方法:先殺死已有的程序，然後再起這個程序。

3.4.2 Daemon

然後看下Daemon類：

    private static final String BIN_DIR_NAME = "bin";
    private static final String BINARY_NAME = "daemon";

    /**
     * 執行可執行檔案
     * @param context
     * @param args 可執行檔案的引數
     */
    public static void run(final Context context, final String args) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                CommandForNative.installBinary(context, BIN_DIR_NAME, BINARY_NAME);
                //CommandForNative.execBinary(context, BIN_DIR_NAME, BINARY_NAME, args);
                CommandForNative.restartBinary(context, BIN_DIR_NAME, BINARY_NAME, args);
            }
        }).start();
    }

這裡daemon就是對應的可執行檔名字，bin是需要新建的/data/data資料夾下的對應app資料夾的目錄，也即是daemon檔案的安裝目錄。

3.5 執行效果

看下效果，執行

adb shell

執行看下程序

[email protected]:/ $ ps | grep jared
ps | grep jared
u0_a620   14648 317   1597528 41920 ffffffff 00000000 S com.jared.jnidaemon
u0_a620   14695 14648 3108   412   ffffffff 00000000 S /data/data/com.jared.jnidaemon/app_bin/daemon

看下列印的log資訊：

[email protected]:/ $ logcat -s Daemon
logcat -s Daemon
--------- beginning of system
--------- beginning of main
I/Daemon  (14695): Copyright (c) 2018, eastmoon<[email protected]>
I/Daemon  (14695): =========== daemon start =======
I/Daemon  (14695): =========== daemon running ======
I/Daemon  (14695): =========== daemon running ======
I/Daemon  (14695): =========== daemon running ======
I/Daemon  (14695): =========== daemon running ======
I/Daemon  (14695): =========== daemon running ======

就是我們所需要的。當然這個只是簡單地例子，後續我們就可以基於這個愉快地寫c/c++程式碼。