深入理解android卷一之jni小结

1.jni简介

native c/c++代码是和平台相关联的，是可以直接运行的，在java出现以前很多软件由native语言编写，包括Jvm也是由native语言编写的，java提供了一套jni技术使得native和java相互调用。

Jni功能图示

根据oracle文档，如下情况需要使用jni：

The standard Java class library does not support the platform-dependent features needed by the application.

You already have a library written in another language, and wish to make it accessible to Java code through the JNI.

You want to implement a small portion of time-critical code in a lower-level language such as assembly.

使用jni可以：

Create, inspect, and update Java objects (including arrays and strings).

Call Java methods.

Catch and throw exceptions.

Load classes and obtain class information.

Perform runtime type checking.

使用jni的Invoication API可以把jvm嵌入native application中，而无需接触jvm的源码。

2.native函数和java函数关联映射

jni java部分,MediaScanner.java:

public class MediaScanner
{ //①加载对应的JNI库，media_jni是JNI库的名字。实际加载动态库的时候会拓展成libmedia_jni.so，在Windows平台上将拓展为media_jni.dll。
static{
    System.loadLibrary("media_jni");
    native_init();//调用native_init函数
 }
//②声明一个native函数。native为Java的关键字，表示它将由JNI层完成，java仅声明函数即可。
private static native final void native_init();
private native void processFile(String path, String mimeType,MediaScannerClient client);
}

jni native部分,android_media_MediaScanner.cpp:

//①这个函数是native_init的JNI层实现。
static void android_media_MediaScanner_native_init(JNIEnv *env)
{
jclass clazz;
 clazz= env->FindClass("android/media/MediaScanner");
   fields.context = env->GetFieldID(clazz, "mNativeContext","I");
   return;
}
//这个函数是processFile的JNI层实现。
static void android_media_MediaScanner_processFile(JNIEnv*env, jobject thiz, 
jstring path, jstring mimeType, jobject client)
{
    MediaScanner*mp = (MediaScanner *)env->GetIntField(thiz, fields.context);
    constchar *pathStr = env->GetStringUTFChars(path, NULL);
    if(mimeType) {
    env->ReleaseStringUTFChars(mimeType, mimeTypeStr);
}
}

java和native的映射注册：

静态注册:

当第一次使用到某一个native函数的时候jvm会找对应的native函数，如果没有找到native函数，就会报错；如果找到了则建立两者映射关系(一个结构体，分别存储了java方法名和native方法名)，以后再调用这个native函数可以直接使用映射关系直接找到了。初次调用native函数时要根据函数名字搜索对应的JNI层函数来建立关联关系，这样会影响第一次调用的运行效率。动态注册可以解决这个问题。

动态注册：

SystemloadLibrary完成之后会尝试回调对应加载库中的jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)方法，native库可以选择性的实现该方法，在该方法中自行向jvm注册native函数和java函数的映射关系。如此便避免了静态注册的第一次使用还需要查找的问题，这称之为动态注册。

android的libmedia_jni.so的动态注册在android_media_MediaPlayer.cpp中实现。

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
   //该函数的第一个参数类型为JavaVM,这可是虚拟机在JNI层的代表喔，每个Java进程只有一个
   JNIEnv* env = NULL;
    jintresult = -1;
    if(vm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
    goto bail;
    }
    //动态注册MediaScanner的JNI函数。
    if(register_android_media_MediaScanner(env) < 0) {
    goto bail;
}
returnJNI_VERSION_1_4;//必须返回大于1.1的值，否则会报错。
}

值得注意的是该方法默认返回JNI_VERSION_1_1,而这个方法是在1_2中被添加的，需要返回1.2及以上版本才可以使用新的方法和特性。

The VM calls JNI_OnLoad when the native library is loaded (for example, through System.loadLibrary). JNI_OnLoad must return the JNI version needed by the native library.
In order to use any of the new JNI functions, a native library must export a JNI_OnLoad function that returns JNI_VERSION_1_2. If the native library does not export a JNI_OnLoad function, the VM assumes that the library only requires JNI version JNI_VERSION_1_1. If the VM does not recognize the version number returned by JNI_OnLoad, the native library cannot be loaded.

引用自oracle文档网站:

https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/jni/jni-12.html#JNI_OnLoad

3.java和jni类型对应及类型签名对应

原始类型:

原始类型对应

引用类型对应:

引用类型对应

类型签名用于使用字符串形式描述方法定义供jvm解析，其对应列表如下:

类型签名对应

4.native函数运行时参数和注意事项

jni调用可以理解为同步调用，JniEnv是基于特定线程的。代表函数运行时的上下文环境，jni提供的所有函数方法几乎都需要通过它来使用，需要注意的是不同的线程具有不同的JniEnv，所以不能将其保存为全局引用以期望另外的线程可以访问。如果当前线程还未具有JniEnv，需要先将其绑定到jvm来获取对应的JniEnv，运行完需要解绑线程。

jni引用变量分为局部、全局、和全局弱引用。全局引用不会被java的gc回收，全局弱引用存在被回收的可能，局部引用当方法结束后自动被回收，方法参数的引用都是局部引用，方法中定义的引用都是局部引用，局部引用可以手动立刻解除占用提高效率，如下：

for(inti = 0; i < 100; i++)
{
    jstring pathStr = mEnv->NewStringUTF(path);
    ......//做一些操作
    //mEnv->DeleteLocalRef(pathStr); //不立即释放Local Reference会导致创建100个局部引用，直到方法结束才会释放。

}

jni中的参数。会比java中的额外多两个参数，第一个参数一定是JniEnv引用，第二个参数根据是否是静态方法有所不同。如果java世界声明该方法是非静态的，则为java对象引用，如果是静态的则为对应的java class引用。
jfieldID和jmethodID。对应java世界的类字段和方法，jni提供方法可以在java的方法和jmethodID之间相互转换,jfildD也提供了相关的转换方法。
jni中的异常。因为大部分c库不确保运行时参数没有错误，如果确保可能会导致判断两次降低效率，所以参数无误应该有调用者来确保。jni遇见异常之后并不像Java一样终止运行，会记录异常并继续运行，直到从JNI层返回到Java层后，虚拟机才会抛出这个异常。jni函数可以在合适的时刻执行ExceptionCheck()来主动检测有无异常被记录，并选择return来终止函数的运行。此外，jni可以主动抛出任意java世界的异常。jni有两种方式可以处理异常：a.使用ThrowNew抛出自定义异常并使用return返回，或者干脆直接return让java代码抛出对应异常；b.使用ExceptionClear()清除异常，并自己处理掉异常。

Most C library functions do not guard against programming errors. The printf() function, for example, usually causes a runtime error, rather than returning an error code, when it receives an invalid address. Forcing C library functions to check for all possible error conditions would likely result in such checks to be duplicated--once in the user code, and then again in the library.

The programmer must not pass illegal pointers or arguments of the wrong type to JNI functions

参考链接:

https://docs.oracle.com/en/java/javase/11/docs/specs/jni/index.html

http://wiki.jikexueyuan.com/project/deep-android-v1/jni.html