JNI与NDK简析(一)


 

1 JNI 简介

在Android Framework中,需要提供一种媒介或 桥梁,将Java层(上层)与C/C++层(下层)有机的联系起来,使得他们互相协调完成某些任务。而充当这种媒介的就是Java本地接口(JNI,Java Native Interface)。

JNI提供一些列的接口,允许Java类与C/C++等本地编辑语言(在JNI中,这些语言被称为 本地语言)编写的应用 程序、模块 、库进行交互操作。比如,在Java类中使用C语言库中的函数或在C语言中使用 Java类库,都需要借助JNI。

Android NDK是一个开发工具集,提供一系列工具快速开发C/C++的动态库,并能自动将 .so/.dll 和 Java 应用一起打包到Apk;

NDK提供工具可以方便JNI调用C/C++,而且提供了交叉编译器可以修改.mk文件生成特定CPU平台的动态库,并能将so和java应用一起打包到apk中;简单说就是JNI负责Java与C/C++进行互相操作,NDK提供工具方便在Android平台使用JNI;
 

2 JNI 的使用场景

JNI通常有下列使用场景:

▨  注重处理速度:

  与本地代码(C/C++等)相比,Java代码的执行速度回慢一些。如果对某段程序的执行速度有较高的要求,建议使用C/C++编写代码。而后在Java中通过JNI 调用基于C/C++编写的部分。在开发图像处理或信号处理这类对CPU处理速度有较高要求的程序时,使用C/C++等本地语言编写的相应模块,执行效率 更高,性能也好得多。

▨ 硬件控制:

  为了更好第控制硬件,硬件控制代码通常使用C语言编写。

 已有C/C++代码的复用:

  在编程过程中,常常会使用一些已经编写好的C/C++代码,及提高编写效率,又确保程序的安全性与健壮性,这类在第三方库里较为常见,现在许多第三方库都是有C/C++库编写的,比如Ffmpeg。

 代码保护:

  由于APK的Java层代码很容易反编译,而C/C++库反编译难度很大。

 平台之间移植应用。

 

在实际Android应用开发中,开发者通常使用Android  SDK开发Java程序。而对于性能要求较高的,常常使用Android提供的 NDK(Native Development Kit) 开发基于C/C++的本地库。而后再通过 JNI将Java程序与C/C++程序集成在一起。NDK提供了一些列的工具,帮助开发者快速开发C/C++动态库。

 

3 Java中调用C函数库

3.1 在 Android Studio 新建项目

第一步:我们需要下载两个至关重要的Tools,一个是CMake,一个是NDK。

 

第二步:新建 Project

 

创建完成后,如下图:

 

C/C++文件一般存放于cpp目录下。接下来我们看下配置文件 build.gradle:

 

CMakeLists.txt(代码 3.1-1):

 1 cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1) # Android Studio最低要求版本
 2 
 3 add_library( # 当前库名称.
 4              native-lib
 5 
 6              # 将库设置为共享库。
 7              SHARED
 8 
 9              # 加载该库里的文件.
10              native-lib.cpp)

  

3.2 多目录,多层次目录时的配置问题

 

这时,cpp.CMakeLists.txt 设置如下所示(代码 3.2-1):

1 cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1) #指定编译器版本
2 
3 #指定子文件夹
4 add_subdirectory(first)
5 add_subdirectory(second)

 

cpp.first.CMakeLists.txt(代码 3.2-2) 

 1 set(LIBRARY first-lib) # 定义库名称 LIBRARY = first-lib
 2 
 3 file(GLOB_RECURSE cpp_first "./*.cpp") # first目录下的所有 .cpp 文件
 4 
 5 add_library( # 设置库的名称。
 6         ${LIBRARY}
 7 
 8         # 将库设置为共享库。
 9         SHARED
10 
11         # 提供源文件的相对路径。
12         ${cpp_first}
13         )
14 
15 find_library( #设置路径变量的名称。
16         log-lib
17 
18         # 指定您希望CMake定位的NDK库的名称。
19         log)
20 
21 target_link_libraries( #指定目标库。
22         ${LIBRARY}
23 
24         # 将目标库链接到NDK中包含的日志库。
25         ${log-lib})

  

3.3 下面看看 java 代码是如何实现的

以类 dinn.cappjni.HelloJNI.java 为例(代码 3.3-1):

 1 package dinn.cappjni;
 2 
 3 public class HelloJNI {
 4 
 5     static {
 6         System.loadLibrary("first-lib"); // 加载本地库“first-lib”,即 代码 3.2-2
 7     }
 8 
 9     public native void printHello(); // ① 使用【native】关键字申明本地方法,该方法与用C++编写的JNI本地函数相对应。
10 
11     public native String printString(String str);
12 }

 

那么C++代码如何写呢?我们可通过命令(javah  -jni xxx)生成(注意目录要定位到 java 这层,也可通过 -classpath 重写定位位置。):

 

生成成功后,刷新工程目录,就可以看见生成的文件:

 

然后,我们可以将文件移动到cpp目录下。下面是 dinn_cappjni_HelloJNI.h  的内容(代码 3.3-2):

 1 /* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
 2 #include <jni.h>
 3 /* Header for class dinn_cappjni_HelloJNI */
 4 
 5 #ifndef _Included_dinn_cappjni_HelloJNI
 6 #define _Included_dinn_cappjni_HelloJNI
 7 #ifdef __cplusplus
 8 extern "C" {  // extern "C"的主要作用就是为了能够正确实现C++代码调用其他C语言代码。
 9 #endif
10 /*
11  * Class:     dinn_cappjni_HelloJNI
12  * Method:    printHello
13  * Signature: ()V
14  */
15 JNIEXPORT void JNICALL Java_dinn_cappjni_HelloJNI_printHello (JNIEnv *, jobject);
16 
17 /*
18  * Class:     dinn_cappjni_HelloJNI
19  * Method:    printString
20  * Signature: (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
21  */
22 JNIEXPORT jstring JNICALL Java_dinn_cappjni_HelloJNI_printString  (JNIEnv *, jobject, jstring);
23 
24 #ifdef __cplusplus
25 }
26 #endif
27 #endif

 

接下来,我们实现 dinn_cappjni_HelloJNI.cpp 的内容(代码3.3-3):

 1 #include <string>
 2 #include "dinn_cappjni_HelloJNI.h"
 3 
 4 extern "C" {
 5 /*
 6  * Class:     dinn_appdemojni_HelloJNI
 7  * Method:    printhello
 8  * Signature: ()V
 9  */
10 JNIEXPORT void JNICALL Java_dinn_cappjni_HelloJNI_printHello(JNIEnv *env, jobject obj) {
11     printf("Hello JNI!");
12     return;
13 }
14 
15 /*
16  * Class:     dinn_appdemojni_HelloJNI
17  * Method:    printString
18  * Signature: (Ljava/lang/String;)V
19  */
20 JNIEXPORT jstring JNICALL
21 Java_dinn_cappjni_HelloJNI_printString(JNIEnv *env, jobject obj, jstring str) {
22     // 将String字符串转换成 C字符串
23     const char *chars = env->GetStringUTFChars(str, 0);
24     printf("%s! \n", chars);
25 
26     std::string strOld = chars;
27     std::string strNew = "您输入的是:" + strOld;
28     return env->NewStringUTF(strNew.c_str());
29 }
30 }

 

最后在 Java 中使用时其实很简单,直接调用类HelloJNI中的方法即可,如(代码 3.3-4)所示:

(new HelloJNI()).printHello();

 

 至此,我们实现了 Java 调取本地 C/C++ 函数。那么 本地 C/C++ 库又是怎么调用 Java 的方法呢?

 

4 在 C 中调用 Java 方法

 4.1 新建 Java文件 JniTest.java 

 1 public class JniTest {
 2 
 3     private String content;
 4 
 5     public JniTest(String content) {
 6         this.content = content;
 7     }
 8 
 9     // 此方法由本地函数调用
10     public String getContent() {
11         return content;
12     }
13 }

  

4.2 在Java文件 HelloJNI.java 中新增获取对象JniTest的方法 createJniTestObject(), 注意要是静态方法:

1 public static native JniTest createJniTestObject();

  

4.3 生成该Java方法所对应的C++函数:

1 JNIEXPORT jobject JNICALL
2 Java_dinn_cappjni_HelloJNI_createJniTestObject(JNIEnv *, jclass);

 

 此时我们注意到,生成的C++函数中的第二个参数为 jclass 类型,不再是 jobject。原因是什么呢?想 弄清楚这个,我们需要了解第二个参数的含义。前面的 jobject 类型变量用来保存调用本地方法的对象的引用。而此时的 java 方法为静态(static)的,而静态方法可以不用创建对象,可通过类名直接获取到,因此这里函数的第二个参数为 jclass 类型。

 

4.4 dinn_cappjni_HelloJNI.cpp 

 1 #include <string>
 2 #include <android/log.h> // 引用日志的包
 3 #include "dinn_cappjni_HelloJNI.h"
 4 
 5 extern "C" {
 6 #define TAG "日志【C】"
 7 #define LOGI(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, TAG, __VA_ARGS__)
 8 
 9 // ...
10 
11 JNIEXPORT jobject JNICALL
12 Java_dinn_cappjni_HelloJNI_createJniTestObject(JNIEnv *env, jclass clazz) {
13     // 查找生成对象的类
14     jclass targetClass = env->FindClass("dinn/cappjni/JniTest"); // 这里要包含类的包名
15 
16     // 查找构造方法
17     jmethodID mid = env->GetMethodID(targetClass, "<init>", "(Ljava/lang/String;)V");
18     if (mid == NULL) return NULL;
19 
20     // 生成 JniTest 对象(返回对象的引用)
21     jobject newObject = env->NewObject(targetClass, mid, env->NewStringUTF("【生成 JniTest 对象】"));
22 
23     // 调用对象方法 getContent();
24     mid = env->GetMethodID(targetClass, "getContent", "()Ljava/lang/String;");
25     if (mid == NULL) return newObject;
26     jstring str = (jstring) env->CallObjectMethod(newObject, mid);
27 
28     LOGI("【CPP】类JniTest中的变量content = %s\n", env->GetStringUTFChars(str, 0)); // 打印日志
29     return newObject;
30 }
31 
32 }

 说明:

第17行: env->GetMethodID(targetClass, "<init>", "(Ljava/lang/String;)V");

◆ 其中第二个参数<init>表示构造方法。如果是非构造方法,直接写方法名称,如第24行。

◆ 第三个参数表示Java变量/方法中的参数的签名。在调用某些JNI函数是,要求提供指定的成员变量或成员方法的签名。当然,开发者可以根据JNI规范中的Java签名生成规则,直接创建签名。但不建议这么做,java系统会为类的成员变量或成员方法生成签名。使用时,只需要使用javap 命令(Java反编译器),即可轻松获取指定的成员变量或成员方法的签名。

形式:javap [选项] '类名(.class后缀的文件,我们可通过javac编译得到,或者在Android Studio中的build\intermediates\...目录下找到)'

选项:-s 输出java签名

     -p 输出所有类及成员

以JniTest.class为例,如下图所示:

  

红线处即是该成员方法的签名。

 

最后在Java中我们可以获取到 dinn_cappjni_HelloJNI.cpp 返回的JniTest对象。

1 JniTest jniTest = HelloJNI.createJniTestObject();
2 if (jniTest != null)
3     Log.i("日志(Java)", jniTest.getContent()));

 


posted @ 2019-08-04 22:15  Steffen·Dinn  阅读(2463)  评论(0编辑  收藏  举报