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深入理解 android JAVA本地调用JNI

摘要 JNI : Java Native Interface 即JAVA本地调用，为何需要这种技术呢？原因有二： 1、运行JAVA程序的虚拟机是用Native语言编写的，而虚拟机运行在具体的平台上，所以虚拟机本身无法做到平台无关，而利用JNI技术即可对JAVA层屏蔽不同操作系统平台之间的差异，如

JNI : Java Native Interface 即JAVA本地调用，为何需要这种技术呢？原因有二：

1、运行JAVA程序的虚拟机是用Native语言编写的，而虚拟机运行在具体的平台上，所以虚拟机本身无法做到平台无关，而利用JNI技术即可对JAVA层屏蔽不同操作系统平台之间的差异，如file，socket等
2、在JAVA语言诞生前，很多程序使用Native语言编写，JAVA直接利用JNI使用，避免造重复轮子的坏名声。而且JNI的运行效率和速度会更高

第一大部分： JAVA如何调用Native函数

通过MediaScanner进行完整解释其工作原理：

调用层次关系，图示：
/uploads/allimg/130402/0131121Z4-0.gif

JAVA层代码分析：MediaScanner.java

public class MediaScanner
{
static {  //static 语句，前面的 JAVA学习系列（一） 有说明过这个问题
//加载对应用JNI库，linux上即调用libmedai_jni.so，而windows平台上调用libmedia_jni.dll
System.loadLibrary("media_jni");
native_init(); //调用native函数
}
//非native函数
public void scanDirectories(String\[\] directories, String volumeName)
//声明native函数，native为JAVA语言的关键字
private static native final void native_init();
private native final void native_setup();
private native final void native_finalize();
private native void processDirectory(String path, String extensions, MediaScannerClient client);
}

总结： 一个是加载jni动态库，二是声明java的native函数

JNI层 android_media_MediaScanner.cpp 分析：

首先来找下java层的native_init函数对应jni层的函数？
首先native_init函数位于android.media包中，它的全路径：android.media.MediaScanner.native_init，由于
在native语言中，"."有特殊的意义，所以用"_"来替换：即上面路径这为：android_media_MediaScanner_native_init
ok,函数名就如此关联起来了。而JNI函数注册有两种方式：
1、静态注册方法
a、编写java代码，然后编译生成.class文件
b、使用javah -o output packagename.classname生成jni层头文件
调用时先加载动态库，然后查找native_init函数的jni函数：android_media_MediaScanner_native_init
如果找到则建立这两个函数的关联关系，即保存jni层函数的函数指针，这个由虚拟机完成。
缺点：javah生成的函数名特别长，不利于书写，且第一次调用时需要根据函数名字搜索建立关联关系。

2、动态注册方法
利用JNINativeMethod结构保存其关系
typedef struct
{
//JAVA中native函数名字
const char *name;
//签名信息，用字符串表示，参数类型及返回值类型的组合
const char signature;
///JNI层函数函数指针，转换为void类型
void *fnPtr;
};

static JNINativeMethod gMethods[] = {
{"processDirectory",  "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;Landroid/media/MediaScannerClient;)V",    
(void *)android_media_MediaScanner_processDirectory},
{"processFile",       "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;Landroid/media/MediaScannerClient;)V",    
(void *)android_media_MediaScanner_processFile},
{"setLocale",         "(Ljava/lang/String;)V",      (void *)android_media_MediaScanner_setLocale},
{"extractAlbumArt",   "(Ljava/io/FileDescriptor;)[B",     (void *)android_media_MediaScanner_extractAlbumArt},
{"native_init",        "()V",                      (void *)android_media_MediaScanner_native_init},
{"native_setup",        "()V",                      (void *)android_media_MediaScanner_native_setup},
{"native_finalize",     "()V",                      (void *)android_media_MediaScanner_native_finalize},
};

这里说明一下签名信息：
因为JAVA支持函数重载，可以定义同名但不同参数的函数，但直接根据函数名是没法找到具体函数的，因此利用参数类型及返回类型
组成签名信息。

常用类型标识符：
类型标识   JAVA类型    字长
Z        boolean      8位
B        byte         8位
C        char         16位 -- 注意哟,定义为unicode码
S        short        16位
I        int          32位
J        long         64位
F        float        32位
D        double       64位
L/java/languageString  String
[I       int[]        int数组
[L/java/lang/object    Object[] 对象数组

// This function only registers the native methods, and is called from
// JNI_OnLoad in android_media_MediaPlayer.cpp
int register_android_media_MediaScanner(JNIEnv *env)
{
//利用registerNativeMethods注册JNI函数
return AndroidRuntime::registerNativeMethods(env,
"android/media/MediaScanner", gMethods, NELEM(gMethods));
}

// 加载jni库，查找该库中的JNI_OnLoad函数完成动态注册工作
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
...
if (register_android_media_MediaScanner(env) < 0) {
LOGE("ERROR: MediaScanner native registration failed\n");
goto bail;
}
}

static void
android_media_MediaScanner_processDirectory(JNIEnv *env, jobject thiz, jstring path, jstring extensions, jobject client)
{
MyMediaScannerClient myClient(env, client);
mp->processDirectory(pathStr, extensionsStr, myClient, ExceptionCheck, env);
...
}

NATIVE库实现：MediaScanner.cpp （编译成libmedia.so库）
status_t MediaScanner::processDirectory(
const char *path, const char *extensions,
MediaScannerClient &client,
ExceptionCheck exceptionCheck, void *exceptionEnv) {
...
client.setLocale(locale());

status_t result =
doProcessDirectory(
pathBuffer, pathRemaining, extensions, client,
exceptionCheck, exceptionEnv);

free(pathBuffer);
...
}
如此整个流程调用逻辑就讲完了。

第二大部分：JNIEnv 介绍

JNIEnv 是一个与线程相关的变量，由于线程相关，所以线程B中不能使用线程A中的JNIEnv函数。
那个多个线程由谁来保存并保证每个线程的JNIEnv结构体正确呢？
/uploads/allimg/130402/013232LI-0.gif
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
全进程只有一个JavaVM对象，可以保存并在任何地方使用没有问题，独此一份。
利用JavaVM中的 AttachCurrentThread函数，就可以得到这个线程的 JNIEnv结构体，利用用DetachCurrnetThread释放相应资源

a、通过 JNIEnv 操作 jobject

jfieldID   操作成员变量
jmethodID  操作成员函数

/*

  • Get a field ID (instance fields).
    /
    static jfieldID GetFieldID(JNIEnv     env, jclass jclazz,
    const char* name, const char* sig)

/*

  • Get a method ID for an instance method.
  • JNI defines as an instance method, but Dalvik considers it a
  • "direct" method, so we have to special-case it here.
  • Dalvik also puts all private methods into the "direct" list, so we
  • really need to just search both lists.
    /
    static jmethodID GetMethodID(JNIEnv     env, jclass jclazz, const char* name,
    const char* sig)

具体实现参考：dalvik\vm\jni.c的实现：重要的函数还有 JNI_CreateJavaVM ［Create a new VM instance］

举例说明JNI如何调用JAVA层函数：
JNIEnv *mEnv;
jmethodID mScanFileMethodID;
jmethodID mHandleStringTagMethodID;

MyMediaScannerClient(JNIEnv *env, jobject client)
:   mEnv(env),
mClient(env->NewGlobalRef(client)),
mScanFileMethodID(0),
mHandleStringTagMethodID(0),
mSetMimeTypeMethodID(0)
{
...

// 找到 android.media.MediaScannerClient类在JNI层对应用用jclass实例
jclass mediaScannerClientInterface = env->FindClass("android/media/MediaScannerClient");

//依此取出 MediaScannerClient 类中的函数 scanFile/handleStringTag 的 jMethodID
mScanFileMethodID = env->GetMethodID(mediaScannerClientInterface, "scanFile",
"(Ljava/lang/String;JJ)V");
mHandleStringTagMethodID = env->GetMethodID(mediaScannerClientInterface, "handleStringTag",
"(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)V");

}

// returns true if it succeeded, false if an exception occured in the Java code
virtual bool scanFile(const char* path, long long lastModified, long long fileSize)
{
// 调用JNIEnv的CallVoidMethod函数：
// 第一个参数代表 MediaScannerClient 的 jobject 对象，第二个参数代表 scanFile的 jMethodID
// 后面的是JAVA层 ScanFile 函数参数
mEnv->CallVoidMethod(mClient, mScanFileMethodID, pathStr, lastModified, fileSize);
}

实现上JNIEnv提供了一系列类似的函数调用JAVA函数：

NativeType CallMethod(JNIEnv *env, jobject obj,jmethodID methodID,...)

同时也可以设定或获取JAVA层的成员变量值，定义如下：
NativeType GetField(JNIEnv *env,jobject obj,jfieldID fieldID);

NativeTYpe SetField(JNIEnv *env,jobject obj,jfieldID fieldID,NativeType value);

补充说明：

如何生成静态java的native jni头文件?

1、先编写java代码，使用eclipse编译生成.class文件

2、使用javah程序生成头文件

 javah -o output.h packagename.classname  举例如下：

C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_23\bin>javah -o output -classpath F:\JoinWSP\Json
Test\bin\classes test.android.json.DirectStruct

这里有几点注意下：　

output 是生成的头文件

-classpath <路径>     用于装入类的路径

packagename.classname 完整的包名

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