Android NDK开发篇:Java与原生代码通信(数据操作)
虽然说使用NDK可以提高Android程序的执行效率,但是调用起来还是稍微有点麻烦。NDK可以直接使用Java的原生数据类型,而引用类型,因为Java的引用类型的实现在NDK被屏蔽了,所以在NDK使用Java的引用类型则要做相应的处理。
一、对引用数据类型的操作
虽然Java的引用类型的实现在NDK被屏蔽了,JNI还是提供了一组API,通过JNIEnv接口指针提供原生方法修改和使用Java的引用类型。
1、字符串操作
JNI把Java的字符串当作引用来处理,在NDK中使用Java的字符串,需要相关的API进行转换。JNI支持Unicode编码和UTF-8编码的字符串,有两组函数通过JNIEnv接口指针处理这些字符串编码:
jstring javaString = (*env)->NewStringUTF(env, "Hello World");
该方法生成一个的UTF-8编码字符串。
2、Java字符串转C字符串
要在原生方法中使用Java字符串,需要将Java字符串转成C字符串。可以调用GetStringChars函数:
- const jbyte *str;
- jboolean isCopy;
- str = (*env)->GetStringUTFChars(env, javaString, &isCopy);
第三个参数isCopy,可以用作判断该函数返回的字符串是否是Java字符串的副本,还是直接指向Java字符串的内存。
3、释放字符串
通过JNIEnv调用的GetStringChars和GetStringUTFChars函数获得的C字符串在使用完后要正确释放,否则就会造成内存泄漏。可通过ReleaseStringChars函数(用于释放Unicode)和ReleaseStringUTFChars函数(用于释放UTF-8)释放字符串。
- (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, javaString, str);
- (*env)->ReleaseStringChars(env, javaString, str);
二、数组操作
JNI把Java的数组也是当作引用类型处理的,不过JNI还是提供了函数操作Java数组的。
1、创建数组
直接用New<Type>Array函数可以创建数组实例。Type可以是原生数据类型,也可以是Object,使用相应的API传递参数确定大小。
- jintArray array;
- array = (*env)->NewIntArray(env, 10);
- if (0 == array) {
- // do it
- }
2、访问数组
JNI有两种方式可以访问Java数组,可以将数组的代码复制成C数组,然后再操作C数组,完成后提交修改,这样效率有点低。另外一办法是让JNI直接提供指向数组元素的指针。
方法一:使用副本,调用Get<Type>ArrayRegion函数复制,Set<Type>ArrayRegion函数提交修改
- // 将Java数组复制到C数组
- jintArray javaArray;
- jint array[10];
- // 复制数组
- (*env)->GetIntArrayRegion(env, javaArray, 0, 10, array);
- // do it
- // 提交修改
- (*env)->SetIntArrayRegion(env, javaArray, 0, 10, array);
当数组很大的时候,这个方法的效率就很低。
方法二:直接操作指针,调用Get<Type>ArrayElements函数获取数组的指针
- jint *array;
- jboolean isCopy;
- jintArray javaArray;
- array = (*env)->GetIntArrayElements(env, javaArray, &isCopy);
第三个参数isCopy的作用同Java字符串转C字符串,是否为Java数组的副本。
使用完之后,就要马上释放,否则会造成内存泄漏,释放函数是Release<Type>ArrayElements
- (*env)->ReleaseIntArrayElements(env, javaArray, array, 0);
第三个参数0代表将内容复制回来并释放原生数组。如果是JNI_COMMIT,则复制回来,但不释放。JNI_ABORT,释放但不复制回来。
三、NIO操作
JNI提供NIO操作函数,使Java可以使用的原生代码创建的缓冲区。相比数组操作,NIO缓冲区的数据传输性能更好,适合在原生代码和Java应用之间传输大量数据。
1、创建字节缓冲区,使用NewDirectByteBuffer方法
- unsigned char *buff = (unsigned char *) malloc(1024);
- jobject directBuff;
- directBuff = (*env)->NewDirectByteBuffer(env, buffer, 1024);
需要注意的是,原生方法的内存分配不在虚拟机的管理范围,所以需要手动管理内存避免内存泄漏。
2、获取Java字节缓冲区
Java也可以创建字节缓冲区,在原生方法中调用GetDirectBufferAddress函数获取原生字节数组的内存地址
- unsigned char *buff;
- jbyteArray directBuffer;
- // ...
- buffer = (unsigned char *) (*env)->GetDirectBufferAddress(env, directBuffer);
四、访问域
原生方法想要获取Java的成员变量和调用Java的成员函数,就要通过JNI提供的访问域方法。
Java有两种域,分别是实例域和静态域。类的对象有个自己实例域的副本,而类一个的所有对象共用同一个静态域。有一下Java类,JavaClass:
- public class JavaClass {
- private String instanceField = "instance filed";
- private static String staticField = "static filed";
- private String getInstanceField() {
- return instanceField;
- }
- private static String getStaticField() {
- return staticField;
- }
- }
1、获取域ID
JNI通过域ID来访问两种域,可以通过实例的获取class对象,然后获取域ID,使用GetObjectClass函数可以获得class对象
- jclass clazz;
- jobject instance;
- clazz = (*env)->GetObjectClass(env, instance);
根据域的类型不同,使用GetFieldId函数获取实例域ID,GetStaticFieldId获取静态域ID,返回类型均为jfieldID;
- jfieldID fieldId;
- // 获取实例域ID
- fieldId = (*env)->GetFieldID(env, clazz, "instanceField", "Ljava/lang/String;");
- // 获取静态域ID
- fieldId = (*env)->GetStaticFieldID(env, clazz, "staticField", "Ljava/lang/String;");
两个函数的最后一个参数是Java中表示域类型的域描述符。
可以缓存最频繁使用的域ID,这样可以提高性能。
2、获取域
获取域ID之后,就可以通过Get<Type>Field函数来获取实例域,通过GetStatic<Type>Field获取静态域
- jstring field;
- // 获取实例域
- field = (*env)->GetObjectField(env, instance, fieldId);
- // 获取静态域
- field = (*env)->GetStaticObjectField(env, clazz, fieldId);
获取一个Java域的值就要调用两到三个JNI函数,非常麻烦,而且效率也比较低,建议把需要的参数传递给原生方法,这样可以提高性能。
四、调用方法
1、获取方法ID
和域一样,Java的方法有两类,访问这两类方法,先要获取方法的ID,使用GetMethodID和GetStaticMethodID,返回值类型为jmethodID。
- jmethodID methodId;
- // 获取实例方法ID
- methodId = (*env)->GetMethodID(env, clazz, "getInstanceField", "()Ljava/lang/String;");
- // 获取静态方法ID
- methodId = (*env)->GetStaticMethodID(env, clazz, "getStaticField", "()Ljava/lang/String;");
两个方法的最后一个参数表示的方法描述符,在Java中表示方法签名。
2、调用方法
以方法ID为参数通过调用Call<ReturnType>Method和CallStatic<ReturnType>Method函数调用方法。
- jstring result;
- // 调用实例方法
- result = (*env)->CallStringMethod(env, instance, methodId);
- // 调用静态方法
- result = (*env)->CallStaticStringMethod(env, clazz, methodId);
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