Android中的JNI原理

JNI(Java Native Interface)是Java本地接口，用來與其他的語言進行通信。通常情況下，當需要節省程序的運行時間時，會選擇用C語言進行開發，用Java調用C語言實現一些功能。或者代碼的核心算法、密鑰等，也會保存在C語言的代碼中，以提高代碼的安全性。

一.Native方法的註冊

1.靜態註冊

1）靜態註冊的原理

根據方法名，將java方法和JNI函數建立關聯。

2）靜態註冊的方法

i）在項目中創建Test.java

package com.example;
public class Test{
   static{
      System.loadLibrary(“test_jni”);
   }
   public native void test();
}

ii）打開命令行，進入項目的src/main/java目錄下，執行

javac com/example/Test.java
javah com.example.Test

會在當前目錄下，生成com_example_Test.h文件。在com_example_Test.h文件中，生成了一個名爲Java_com_example_test的函數。
iii）當在Java中調用test方法時，JNI會尋找Java_com_example_test函數，找到後爲Java方法和JNI的函數建立聯繫，完成靜態註冊。

3）靜態註冊的缺點

        i）JNI層的函數名過長。
        ii）聲明Native方法的類需要用javah生成頭文件。
        iii）初次調用Native方法時需要建立聯繫，影響效率。

2.動態註冊

JNI中有一種結構JNINativeMethod，用來記錄Java的Native方法和JNI方法的關聯關係，他在jni.h中定義：

Typedef struct{
   const char* name;//java方法的名字
   const char* signature;//java方法的簽名信息
   void* fnPtr;//JNI中對應的方法指針
} JNINativeMethod;

1）動態註冊的方法

i）創建JNINativeMethod數組：

static const JNINativeMethod methods[] = {
   {“test1”, ”()v”,(void *)com_example_Test_test1},
   {“test2”, ”()v”,(void *)com_example_Test_test2},
   {“test3”, ”()v”,(void *)com_example_Test_test3},
   {“test4”, ”()v”,(void *)com_example_Test_test4}
};

ii）調用AndroidRuntime::registerNativeMethods函數完成註冊。

2）解析AndroidRuntime::registerNativeMethods函數

AndroidRuntime.cpp中registerNativeMethods函數的執行過程：
調用jniRegisterNativeMethods函數。

JNIHelp.cpp中jniRegisterNativeMethods函數的執行過程：
調用JNIEnv對象的RegisterNative函數完成JNI方法的註冊。

二.數據類型的轉換

1.基本數據類型的轉換

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	void	V

2.引用數據類型的轉換

Java	Native	Signature
Object	jobject	L+classname+;
Class	jclass	Ljava/long/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

3.引用數據類型的繼承關係

三.方法簽名

JNI通過引入方法簽名來解決Java中方法重載導致的僅通過方法名無法找到方法的問題。

1.JNI方法簽名的格式

格式：(參數的簽名格式…)返回值的簽名格式

java中提供javap命令自動生成方法簽名：

javac C:/Test.java
javap –s –p C:/Test.class

四.解析JNIEnv

JNIEnv是Native中Java環境的代表，用來調用Java的方法、操作Java的變量和對象。

jni.h中JNIEnv的定義：

#if defined (_cplusplus)
typedef _JNIEnv JNIEnv;
typedef _JavaVM JavaVM;
#else
typedef const struct JNINativeInterface* JNIEnv;
typedef const struct JNIInvokeInterface* JavaVM;
#endif

JavaVM是虛擬機層在JNI層的代表，一個虛擬機進程只有一個JavaVM。通過JavaVM的AttachCurrentThread函數可以獲取一個線程的JNIEnv，通過DetachCurrentThread函數釋放資源。

jni.h中_JNIEnv結構體的定義和部分函數：

struct _JNIEnv{
  const struct JNINativeInterface* functions;
#if defined (_cplusplus)
…
jclass FindClass (const char* name)
{ return functions->FindClass (this, name); }
…
  jmethodID GetMethodID (jclass clazz, const char* name, const char* sig)
  { return functions->GetMethodID (this, clazz, name, sig); }
  …
  jfieldID GetFieldID (jclass clazz, const char* name, const char* sig)
  { return functions->GetFieldID (this, clazz, name, sig); }
}

_JNIEnv結構體內部包含了JNINativeInterface結構體。其定義的函數通過調用JNINativeInterface的函數來實現。

jni.h中JNINativeInterface結構體的定義和部分函數：

sruct JNINativeInterface{
…
jclass (*FindClass) (JNIEnv*, const char* );
…
jmethodID (*GetMethodID) (JNIEnv*, jclass, const char*’, const char*);
…
jfieldID (*GetFieldID) (JNIEnv*, jclass, const char*, const char*);
…
}

在JNINativeInterface結構體中定義了很多函數指針，通過這些函數指針，能夠定位到虛擬機中的JNI函數表，實現JNI層在虛擬機中的函數調用。
jfieldID和jmethodID用來代替Java類中的成員變量和方法。

五.JNI的引用類型

1.本地引用

        JNIEnv提供的函數所返回的引用基本上都是本地引用。
特點：
        1）Native函數返回時，本地引用自動釋放。
        2）只在創建它的線程有效，不能跨線程使用。
        3）本地引用是JVM負責的引用類型，受JVM管理。
        可以通過DeleteLocalRef函數手動刪除本地引用。

2.全局引用

特點：
        1）在Native函數返回時不會自動釋放，需要手動釋放，不會被GC回收。
        2）全局引用可以跨線程使用。
        3）全局引用不受JVM管理。
        可以通過NewGlobalRef函數來創建全局引用，通過DeleteGlobalRef函數釋放全局引用。

3.弱全局引用

弱全局引用是一種特殊的全局引用，和全局引用類似，弱全局引用可以被GC回收，回收之後會指向NULL。
可以通過NewWeakGlobalRef函數來創建弱全局引用，通過DeleteWeakGlobalRef函數釋放弱全局引用。在使用前需要使用JNIEvn的IsSameObject函數判斷對象是否被回收。

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