JNI和NDK基础

引言

JNI是Java Native Interface(Java本地接口)，是为了方便Java调用C和C++等本地代码所封装的一层接口。
NDK是Android提供的一个工具集合，通过NDK可以在Android中更加方便地沟通JNI来访问本地代码。
两者之间的关系：JNI是实现目的，NDK是在Android实现JNI的手段。
使用NDK有如下好处：

• 提供代码的安全性
• 可以很方便的地使用目前已有的C/C++开源库
• 便于平台间的移植
• 提高程序在某些特定情形下的执行效率，但不能明显提升Android程序的性能

JNI基础

• JNI类型（基本类型和引用类型）

基本类型如下表格：

JNI类型	Java类型	描述
jboolean	boolean	无符号8位整型
jbyte	byte	有符号8位整型
jchar	char	无符号16位整型
jshort	short	有符号16位整型
jint	int	32位整型
jlong	long	64位整型
jfloat	float	32位浮点型
jdouble	double	64位浮点型
void	void	无类型

引用类型主要有类、对象和数组，如下表格

JNI类型	Java类型	描述
jobject	Object	Object类型
jclass	Class	类
jstring	String	字符串
jobjectArray	Object[]	Object数组
jbooleanArray	boolean[]	boolean数组
jbyteArray	byte[]	byte数组
jcharArray	char[]	char数组
jshortArray	short[]	short数组
jintArray	int[]	int数组
jlongArray	long[]	long数组
jfloatArray	float[]	float数组
jdoubleArray	double[]	double数组
jthrowable	Throwable	Throwable

• JNI签名

类的签名，它采用“L+包名+类名+;”的形式，只需要将其中的.替换为/即可，例如：java.lang.String，它的签名为Ljava/lang/String;。
基本数据类型签名采用一系列大写字母来表示，如下：

Java类型	签名	Java类型	签名
boolean	Z	long	J
byte	B	float	F
char	C	double	D
short	S	void	V
int	I

数组签名根据基本类型和类的签名在前面加上“[”，例如 char[]数组，前面[C。对于多维数组，签名是n个[+类型签名，例如int[][]，签名为[[I。
方法的签名为参数类型签名+返回类型签名，例如int fun(int i)，签名为(I)I。

JNI开发流程

• 声明native方法

public class JniDes {

    static {
        System.loadLibrary("jni-des");
    }

    public native String encry(String value);

    public native String decrypt(String value);
}

• Terminal命令生成JNI头文件

D:\test projects\JniDemo2>cd jni/src/main/java/com/fomin/demo/jni
D:\test projects\JniDemo2\jni\src\main\java\com\fomin\demo\jni>javac JniDes.java
D:\test projects\JniDemo2\jni\src\main\java>javah com.fomin.demo.jni.JniDes

javac命令生成class文件，根据这个文件使用javah生成JNI头文件，以下是生成文件内容：

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

#ifndef _Included_com_fomin_demo_jni_JniDes
#define _Included_com_fomin_demo_jni_JniDes
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     com_fomin_demo_jni_JniDes
 * Method:    encry
 * Signature: (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
 */
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_fomin_demo_jni_JniDes_encry
  (JNIEnv *, jobject, jstring);

/*
 * Class:     com_fomin_demo_jni_JniDes
 * Method:    decrypt
 * Signature: (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
 */
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_fomin_demo_jni_JniDes_decrypt
  (JNIEnv *, jobject, jstring);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

头文件解析：

• Java_com_fomin_demo_jni_JniDes_encry：表示是一个函数名，命名规则Java_包名_native的方法名

• JNIEnv *：一个指向JNI环境的指针

• jobject：Java对象中的this

• jstring：参数名称

• JNIEXPORT 和JNICALL ：JNI定义的宏

• 实现JNI方法

  • c++实现方式

#include "JniDes.h"
#include <stdio.h>

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_fomin_demo_jni_JniDes_encry
  (JNIEnv *env, jobject thiz, jstring value){
    // 加密逻辑
    printf("加密开始\n");
    return env->NewStringUTF("encry success");
}


JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_fomin_demo_jni_JniDes_decrypt
  (JNIEnv *env, jobject thiz, jstring value){
     // 解密逻辑
     printf("解密开始\n");
     return env->NewStringUTF("decrypt success");
}

* c实现方式

#include "JniDes.h"
#include <stdio.h>

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_fomin_demo_jni_JniDes_encry
  (JNIEnv *env, jobject thiz, jstring value){
    // 加密逻辑
    printf("加密开始\n");
    return (*env)->NewStringUTF(env,"encry success");
}


JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_fomin_demo_jni_JniDes_decrypt
  (JNIEnv *env, jobject thiz, jstring value){
     // 解密逻辑
     printf("解密开始\n");
     return (*env)->NewStringUTF(env,"decrypt success");
}

c++和c实现方式类似，不同的是对env的操作，例如c++：env->，而c：(*env)->

NDK开发流程

• 配置NDK
  
• 创建Android.mk文件

LOCAL_PATH := $(call my-dir) #返回包含Android.mk的目录路径
include $(CLEAR_VARS) #变量由Build System提供。并指向一个指定的GNU Makefile，由它负责清理很多LOCAL_xxx

LOCAL_MODULE := jni-des  #模块必须定义，以表示Android.mk中的每一个模块。名字必须唯一且不包含空格
LOCAL_SRC_FILES := JniTest.cpp #变量必须包含将要打包如模块的C/C++ 源码

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY) #负责收集自从上次调用 include $(CLEAR_VARS)  后的所有LOCAL_XXX信息。并决定编译为什么

# BUILD_STATIC_LIBRARY：编译为静态库。 
# BUILD_SHARED_LIBRARY ：编译为动态库 
# BUILD_EXECUTABLE：编译为Native C可执行程序   

• 创建Application.mk

APP_ABI := armeabi armeabi-v7a x86  #默认情况下，ndk构建系统为armeabi，ABI生成二进制文件
APP_PLATFORM = android-9  #使用的ndk库函数版本号。一般和SDK的版本相对应，各个版本在NDK目录下的platforms文件夹中

• 配置gradle文件
  • 配置so库存放目录

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

• 配置ndk build task

def getNdkDir() { // 获取系统的ndk目录
    if (System.env.ANDROID_NDK_HOME != null)
        return System.env.ANDROID_NDK_HOME
    else
        throw new GradleException("NDK location not found. Define location with ndk.dir in the local.properties file or with an ANDROID_NDK_ROOT environment variable.")
}

def getNdkBuildCmd() { // 组合ndk文件
    def ndkbuild = getNdkDir() + "\\ndk-build"
    if (Os.isFamily(Os.FAMILY_WINDOWS))
        ndkbuild += ".cmd"

    return ndkbuild
}

task ndkBuild(type: Exec, description: 'Compile JNI source via NDK') {
    commandLine getNdkBuildCmd(),//配置ndk的路径
    'NDK_PROJECT_PATH=build/intermediates/ndk',//ndk默认的生成so的文件
    'NDK_LIBS_OUT=src/main/jniLibs',//配置的我们想要生成的so文件所在的位置
    'APP_BUILD_SCRIPT=src/main/jni/Android.mk',//指定项目以这个mk的方式
    'NDK_APPLOCATION_MK=src/main/jni/Application.mk'//指定项目以这个mk的方式

}
tasks.withType(JavaCompile) {
    compileTask -> compileTask.dependsOn ndkBuild //使用ndkBuild
}

• 生成so库
  
  
• 使用NDK方法

JniDes jniDes = new JniDes();
Log.d("MainActivity", jniDes.decrypt("test"));
Log.d("MainActivity", jniDes.encry("test"));

JNI调用Java方法

首先在JniDes类定义两个方法

private static void callStaticMethod(String str) {
    System.out.format("JniDes::callStaticMethod called!-->str=%s\n", str);
}

private void callInstanceMethod(String str) {
    System.out.format("JniDes::callInstanceMethod called!-->str=%s\n", str);
}

然后在JNI调用定义的静态方法

void callJavaStaticMethod(JNIEnv *env, jobject thiz){
    jclass clazz=env->FindClass("com/fomin/demo/jni/JniDes")
    if(clazz == null){
        return;
    }
    jmethodID static_method= env->GetStaticMethodID(clazz,"callStaticMethod","(Ljava/lang/String;)V");
    if (static_method == NULL) {
        printf("找不到callStaticMethod静态方法");
        return;
    }
    jstring str = env->NewStringUTF("我是静态方法");
    env->CallStaticVoidMethod(clazz,static_method, str);

    // 删除局部引用
    env->DeleteLocalRef(clazz);
    env->DeleteLocalRef(str);
}

或者JNI调用定义的非静态方法

void callJavaMethod(JNIEnv *env, jobject thiz){
    jclass clazz = env->FindClass("com/fomin/demo/jni/JniDes");
    if (clazz == NULL) {
        printf("找不到JniDes这个类");
        return;
    }

    // 获取类的默认构造方法ID
    jmethodID mid_construct = env->GetMethodID(clazz, "<init>","()V");
    if (mid_construct == NULL) {
        printf("找不到默认的构造方法");
        return;
    }

    // 查找实例方法的ID
    jmethodID mid_instance = env->GetMethodID(clazz, "callInstanceMethod", "(Ljava/lang/String;)V");
    if (mid_instance == NULL) {
        return;
    }

    // 创建该类的实例
    jobject jobj = env->NewObject(clazz,mid_construct);
    if (jobj == NULL) {
        printf("找不到callInstanceMethod方法");
        return;
    }

    // 调用对象的实例方法
    jstring str = env->NewStringUTF("我是实例方法");
    env->CallVoidMethod(jobj,mid_instance,str);

    // 删除局部引用
    env->DeleteLocalRef(clazz);
    env->DeleteLocalRef(jobj);
    env->DeleteLocalRef(str);
}

JNI调用静态方法和非静态方法，非静态方法多了一步构造对象的过程。