【转】Android与JNI(二） -- 不错

原文网址：http://www.cnblogs.com/eddy-he/archive/2012/08/09/2629974.html

软件版本：
　　ubuntu10.04
　　java version "1.6.0_30-ea"
　　eclipse
　　android-ndk-r5b

目录：

　　1. 简介
　　2. JNI 组件的入口函数
　　3. 使用 registerNativeMethods 方法
　　4. 测试
　　5. JNI 帮助方法
　　6. 参考资料

1. 简介

　　Android与JNI(一）已经简单介绍了如何在 android  环境下使用 JNI 了。但是遵循 JNI 开发的基本步骤似乎有点死板，而且得到的本地函数名太丑了。所以非常有必要在这里介绍另外一种实现方法。

2. JNI 组件的入口函数

　　前一篇文章说到 static {System.loadLibrary("HelloJNI");} 会在第一次使用该类的时候加载动态库 libHelloJNI.so 。当 Android 的 VM 执行到 System.loadLibrary() 这个函数时，首先会执行 JNI_OnLoad() 这个函数。与此对应的是卸载时调用 JNI_OnUnLoad() 。

　　首先调用 c 组件中的 JNI_OnLoad()  的意图包括：

　　(1) 告诉 VM 此 c 组件使用那一个 JNI 版本。如果动态库中没有提供 JNI_OnLoad()，VM 默认该动态库使用最老的 JNI 1.1 版本。由于新版的 JNI 做了许多扩充，如果需要使用 JNI 的新版功能，例如 JNI 1.4的 java.nio.ByteBuffer，就必须藉由 JNI_OnLoad() 函数来告知 VM。
　　(2) 另外一个作用就是初始化，例如预先申请资源等。

　　现在我们先现实一个非常简单的 JNI_OnLoad()，看是不是在真的有调用到它。在 HelloJNI.c 中加入代码：

1 jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void *reserved)
2 {
3     LOGD("%s called.\n", __FUNCTION__);
4
5     return JNI_VERSION_1_4;　　// 注意这里要返回 JNI 的版本，否则会出错喔。
6 }

　　编译：

$ndk-build
Compile thumb  : HelloJNI <= HelloJNI.c
SharedLibrary  : libHelloJNI.so
/home/eddy/workspace/HelloJNI/obj/local/armeabi/objs/HelloJNI/HelloJNI.o: In function `JNI_OnLoad':
/home/eddy/workspace/HelloJNI/jni/HelloJNI.c:35: undefined reference to `LOGD'
collect2: ld returned 1 exit status
make: *** [/home/eddy/workspace/HelloJNI/obj/local/armeabi/libHelloJNI.so] Error 1

　　加入头文件 #include <utils/Log.h> 之后再编译：

$ndk-build
Compile thumb  : HelloJNI <= HelloJNI.c
/home/eddy/workspace/HelloJNI/jni/HelloJNI.c:20:23: error: utils/Log.h: No such file or directory
make: *** [/home/eddy/workspace/HelloJNI/obj/local/armeabi/objs/HelloJNI/HelloJNI.o] Error 1

　　提示找不到指定的头文件。由于我们没有把这个 jni 放到整个 android 的源码中编译，所以遇到这个错误是正常的，解决的方法是在 Android.mk 中加入源码中头文件的路径。

LOCAL_CFLAGS += -Iyour_path/android4.0/include/frameworks/base/include
LOCAL_CFLAGS += -Iyour_path/android4.0/include/system/core/include
LOCAL_CFLAGS += -Iyour_path/android4.0/include/frameworks/base/opengl/include
LOCAL_CFLAGS += -Iyour_path/android4.0/include/system/core/include

　　再编译：

$ndk-build
Compile thumb  : HelloJNI <= HelloJNI.c
SharedLibrary  : libHelloJNI.so
/home/eddy/workspace/HelloJNI/obj/local/armeabi/objs/HelloJNI/HelloJNI.o: In function `JNI_OnLoad':
/home/eddy/workspace/HelloJNI/jni/HelloJNI.c:36: undefined reference to `__android_log_print'
collect2: ld returned 1 exit status
make: *** [/home/eddy/workspace/HelloJNI/obj/local/armeabi/libHelloJNI.so] Error 1

　　好吧，又出错了。但已经不是编译出错了，是链接出错，这个很简单，只要链接 liblog.so 这个库就可以了。在 Android.mk 中添加：

LOCAL_LDLIBS += -lc -lm -llog

　　再编译：

$ndk-build
Compile thumb  : HelloJNI <= HelloJNI.c
SharedLibrary  : libHelloJNI.so
Install        : libHelloJNI.so => libs/armeabi/libHelloJNI.so

　　OK，大功告成。如无意外，运行后你会在 logcat 中找到这样的打印：

/dalvikvm( 1956): Trying to load lib /data/data/com.example.hellojni/lib/libHelloJNI.so 0x41345548
D/dalvikvm( 1956): Added shared lib /data/data/com.example.hellojni/lib/libHelloJNI.so 0x41345548
D/        ( 1956): JNI_OnLoad called.

　　这说明了在加载 JNI 的动态库时，确实调用了 JNI_OnLoad() 。调用了这个库又有什么用呢？下面为你揭晓。

3. 使用 registerNativeMethods 方法

　　说了这么多，终于来重点了。先把修改后的 HelloJNI.c 列出来，然后再慢慢分析。

  1 /*
  2  * Copyright (C) 2009 The Android Open Source Project
  3  *
  4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
  5  * you may not use this file except in compliance with the License.
  6  * You may obtain a copy of the License at
  7  *
  8  *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
  9  *
 10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 13  * See the License for the specific language governing permissions and
 14  * limitations under the License.
 15  *
 16  */
 17 #include <string.h>
 18 #include <jni.h>
 19 #include "com_example_hellojni_HelloJNI.h"
 20 #include <utils/Log.h>
 21
 22 #ifdef __cplusplus
 23 extern "C" {
 24 #endif
 25
 26 static const char* className = "com/example/hellojni/HelloJNI";
 27
 28 /* This is a trivial JNI example where we use a native method
 29  * to return a new VM String. See the corresponding Java source
 30  * file located at:
 31  *
 32  *   apps/samples/hello-jni/project/src/com/example/HelloJni/HelloJni.java
 33  */
 34 //jstring Java_com_example_hellojni_HelloJNI_stringFromJNI(JNIEnv *env, jobject this)
 35 //{
 36 //    return (*env)->NewStringUTF(env, "Hello from JNI !");
 37 //    //return "Hello from Jni !";
 38 //}
 39 jstring stringFromJNI(JNIEnv* env, jobject this)
 40 {
 41     return (*env)->NewStringUTF(env, "Hello form JNI!");
 42 }
 43
 44 static JNINativeMethod gMethods[] = {
 45     { "stringFromJNI", "()Ljava/lang/String;", (void *)stringFromJNI },
 46 };
 47
 48 // This function only registers the native methods, and is called from JNI_OnLoad
 49 int register_location_methods(JNIEnv *env)
 50 {
 51     jclass clazz;
 52
 53     /* look up the class */
 54     clazz = (*env)->FindClass(env, className );
 55     //clazz = env->FindClass(env, className);
 56     if (clazz == NULL) {
 57         LOGE("Can't find class %s\n", className);
 58         return -1;
 59     }
 60
 61     LOGD("register native methods");
 62
 63     /* register all the methods */
 64     if ((*env)->RegisterNatives(env, clazz, gMethods, sizeof(gMethods) / sizeof(gMethods[0])) != JNI_OK)
 65     //if (env->RegisterNatives(env, clazz, gMethods, sizeof(gMethods) / sizeof(gMethods[0])) != JNI_OK)
 66     {
 67         LOGE("Failed registering methods for %s\n", className);
 68         return -1;
 69     }
 70
 71     /* fill out the rest of the ID cache */
 72     return 0;
 73 }
 74
 75 jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void *reserved)
 76 {
 77     JNIEnv* env = NULL;
 78     jint result = -1;
 79
 80     LOGD("%s: +", __FUNCTION__);
 81
 82     // for c
 83     if ((*vm)->GetEnv(vm, (void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
 84     // for c++
 85     //if( vm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
 86         LOGE("ERROR: GetEnv failed.\n");
 87         return result;
 88     }
 89
 90     if( register_location_methods(env) < 0 )
 91     {
 92         LOGE("ERROR: register location methods failed.\n");
 93         return result;
 94     }
 95
 96     return JNI_VERSION_1_4;
 97 }
 98
 99
100
101 void JNI_OnUnload(JavaVM* vm, void *reserved)
102 {
103     return;
104 }
105
106 #ifdef __cplusplus
107 }
108 #endif

　　先说一说这段代码实现了什么，他与 [1] 的结果完全一样，实现了 JAVA 中声明的 stringFromJNI 本地方法，返回一个字符串。至于为什么不再需要以Java_com_example_hellojni_HelloJNI_stringFromJNI 命名，就要慢慢分析了。

　　还是从 JNI_OnLoad() 这个函数开始说起。该函数的动作包括：获取 JNI 环境对象，登记本地方法，最后返回 JNI 版本。值得引起注意的是第83和85行，在 c 环境下编译，使用第83行，c++ 环境下，使用第85行，否则会编译出错。

　　登记本地方法，作用是将 c/c++ 的函数映射到 JAVA 中，而在这里面起到关键作用的是结构体 JNINativeMethod 。他定义在 jni.h 中。

1 typedef struct {
2    const char* name;　　　　　/* java 中声明的本地方法名称 */
3    const char* signature;　　/* 描述了函数的参数和返回值 */
4    void*       fnPtr;　　　　/* c/c++的函数指针 */
5 } JNINativeMethod; 

　　声明实例就是第44到46行。

1 static JNINativeMethod gMethods[] = {
2     { "stringFromJNI", "()Ljava/lang/String;", (void *)stringFromJNI },
3 };

　　参数分析：

　　"stringFromJNI"：Java 中声明的本地方法名；
　　(void *)stringFromJNI：映射对象，本地 c/c++ 函数，名字可以与 Java 中声明的本地方法名不一致。
　　"()Ljava/lang/String;"：这个应该是最难理解的，也就是结构体中的 signature 。他描述了本地方法的参数和返回值。例如
　　"()V"
　　"(II)V"
　　"(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)V"
　　实际上这些字符是与函数的参数类型一一对应的。
　　"()" 中的字符表示参数，后面的则代表返回值。例如"()V" 就表示void Func();
　　"(II)V" 表示 void Func(int, int);
　　具体的每一个字符的对应关系如下
　　字符   Java类型     C类型
　　V      void         void
　　Z      jboolean     boolean
　　I       jint         int
　　J       jlong        long
　　D      jdouble       double
　　F      jfloat            float
　　B      jbyte            byte
　　C      jchar           char
　　S      jshort          short
　　数组则以"["开始，用两个字符表示
　　[I     jintArray       int[]
　　[F     jfloatArray     float[]
　　[B     jbyteArray     byte[]
　　[C    jcharArray      char[]
　　[S    jshortArray      short[]
　　[D    jdoubleArray    double[]
　　[J     jlongArray      long[]
　　[Z    jbooleanArray    boolean[]
　　上面的都是基本类型，如果参数是 Java 类，则以"L"开头，以";"结尾，中间是用"/"隔开包及类名，而其对应的 C 函数的参数则为 jobject，一个例外是 String 类，它对应的 c 类型为 jstring 。
　　Ljava/lang/String;     String     jstring
　　Ljava/net/Socket;      Socket    jobject
　　如果 JAVA 函数位于一个嵌入类（也被称为内部类），则用$作为类名间的分隔符，例如："Landroid/os /FileUtils$FileStatus;"。

　　最终是通过第64行代码登记所有记录在 JNINativeMethod 结构体中的 JNI 本地方法。

　　使用 registerNativeMethods 方法不仅仅是为了改变那丑陋的长方法名，最重要的是可以提高效率，因为当 Java 类透过 VM 呼叫到本地函数时，通常是依靠 VM 去动态寻找动态库中的本地函数(因此它们才需要特定规则的命名格式)，如果某方法需要连续呼叫很多次，则每次都要寻找一遍，所以使用 RegisterNatives 将本地函数向 VM 进行登记，可以让其更有效率的找到函数。

　　registerNativeMethods 方法的另一个重要用途是，运行时动态调整本地函数与 Java 函数值之间的映射关系，只需要多次调用 registerNativeMethods 方法，并传入不同的映射表参数即可。

4. 测试

　　为了对 registerNativeMethods有更好的理解，我在 Java 中再添加一个本地方法。

 1 package com.example.hellojni;
 2
 3 import android.os.Bundle;
 4 import android.app.Activity;
 5 import android.util.Log;
 6 import android.view.Menu;
 7 import android.view.MenuItem;
 8 import android.widget.TextView;
 9 import android.support.v4.app.NavUtils;
10
11 public class HelloJNI extends Activity {
12
13     @Override
14     public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
15         super.onCreate(savedInstanceState);
16         setContentView(R.layout.hello_jni);
17         getActionBar().setDisplayHomeAsUpEnabled(true);
18
19         /* Create a TextView and set its content.
20          * the text is retrieved by calling a native
21          * function.
22          */
23         TextView  tv = new TextView(this);
24         tv.setText( stringFromJNI() );
25         setContentView(tv);
26
27         Log.d("JNI", "max = " + max(10, 100));
28     }
29
30     @Override
31     public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) {
32         getMenuInflater().inflate(R.menu.hello_jni, menu);
33         return true;
34     }
35
36
37     @Override
38     public boolean onOptionsItemSelected(MenuItem item) {
39         switch (item.getItemId()) {
40             case android.R.id.home:
41                 NavUtils.navigateUpFromSameTask(this);
42                 return true;
43         }
44         return super.onOptionsItemSelected(item);
45     }
46
47     /* A native method that is implemented by the
48      * 'HelloJNI' native library, which is packaged
49      * with this application.
50      */
51     public native String  stringFromJNI();
52
53     /* This is another native method declaration that is *not*
54      * implemented by 'HelloJNI'. This is simply to show that
55      * you can declare as many native methods in your Java code
56      * as you want, their implementation is searched in the
57      * currently loaded native libraries only the first time
58      * you call them.
59      *
60      * Trying to call this function will result in a
61      * java.lang.UnsatisfiedLinkError exception !
62      */
63     public native String  unimplementedStringFromJNI();
64
65     public native int max(int a,int b);
66
67     /* this is used to load the 'HelloJNI' library on application
68      * startup. The library has already been unpacked into
69      * /data/data/com.example.HelloJni/lib/libHelloJNI.so at
70      * installation time by the package manager.
71      */
72     static {
73         System.loadLibrary("HelloJNI");
74     }
75 }

　　在 HellocJNI.c 中添加 max 的实现方法。

1 int native_max(JNIEnv* env, jobject this, int a, int b)
2 {
3     return  (a > b ? a:b);
4 }
5
6 static JNINativeMethod gMethods[] = {
7     { "stringFromJNI", "()Ljava/lang/String;", (void *)stringFromJNI },
8     { "max", "(II)I", (void *)native_max },
9 };

　　用 ndk 编译生成动态库。

$ndk-build
Compile thumb  : HelloJNI <= HelloJNI.c
SharedLibrary  : libHelloJNI.so
Install        : libHelloJNI.so => libs/armeabi/libHelloJNI.so

　　在模拟器上 run as ---> Android Application 。可以看到打印：

D/dalvikvm( 2174): Trying to load lib /data/data/com.example.hellojni/lib/libHelloJNI.so 0x413488a8
D/dalvikvm( 2174): Added shared lib /data/data/com.example.hellojni/lib/libHelloJNI.so 0x413488a8
D/        ( 2174): JNI_OnLoad: +
D/        ( 2174): register native methods
D/JNI     ( 2174): max = 100

　　证明 max 调用成功。

　　通过 registerNativeMethods 这种方法，我们可以看到操作的过程中，不需要再使用 javah -jni 生成 jni 头文件。c/c++ 的函数名也可以自由取名。

5. JNI 帮助方法

　　在 Android 源码中 your_path/dalvik/libnativehelper/include/nativehelper/JNIHelp.h 这个头文件提供了一些关于 JNI 的帮助函数，包括本地方法注册、异常处理等函数。但是使用这些函数需要链接动态库 libnativehelper.so 。还提供了一个计算方法映射表长度的宏定义。

1 #ifndef NELEM
2 # define NELEM(x) ((int) (sizeof(x) / sizeof((x)[0])))
3 #endif

　　有了这个宏之后，我们就可以这样子写：

1 (*env)->RegisterNatives(env, clazz, gMethods, NELEM(gMethods));

　　6. 参考资料

　　[1]. Android与JNI(一）
　　[2]. Android JNI知识简介
　　[3]. Android中JNI编程的那些事儿　　[4]. Android 动态注册JNI