NDK基础

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一:ndk简介

ndk全称Native Developer Kits(原生开发工具包)，Android NDK也是Android SDK的一个扩展集，用来扩展SDK的功能。 NDK打通了Java和C/C++之间的开发障碍，让Android开发者也可以使用C/C++语言开发APP。

Java是在C/C++之上的语言，语言金字塔越往上对开发者就更加贴近，也就是更容易开发，但是性能相对也就越低。越往下对开发人员的要求也就越高，但是实现后的产品性能也越高，因为可以自己控制内存等模块的使用，而不是让Java虚拟机自行处理。

二:NDK架构分层

使用NDK开发最终目标是为了将C/C++代码编译生成.so动态库或者.a静态库文件，并将库文件提供给Java代码调用。

 NDK分为三层:构建层  Java层  native层

2.1：构建层

要得到目标的so文件，需要有个构建环境以及过程，将这个过程和环境称为构建层。

构建层需要将C/C++代码编译为动态库so，那么这个编译的过程就需要一个构建工具，构建工具按照开发者指定的规则方式来构建库文件，类似apk的Gradle构建过程。

⑴CPU架构:Android abi

ABI即Application Binary Interface，定义了二进制接口交互规则，以适应不同的CPU，一个ABI对应一种类型的CPU。

Android目前支持以下7种ABI：

⑵构建工具:ndk-build构建   Cmake构建

①ndk-build构建(已淘汰)

ndk-build其实就是一个脚本。早期的NDK开发一直都是使用这种模式，

使用ndk-build需要配合两个mk文件：Android.mk和Application.mk。

Android.mk文件

Android.mk文件更像是一个传统的makefile文件，其定义源代码路径，头文件路径，链接器的路径来定位库，模块名，构建类型等。

Application.mk

其定义了Android app的相关属性。如：Android Sdk版本，调试或者发布模式，目标平台ABI，标准C/C++库等

   ② Cmake构建

❶Cmake简介

Cmake 是用来生成makefile文件的，cmake使用一个CmakeLists.txt的配置文件来生成对应的makefile文件。

❷Cmake构建动态库so的过程

步骤1：使用Cmake生成编译的makefiles文件

步骤2：使用Make工具对步骤1中的makefiles文件进行编译为库或者可执行文件。

那使用Cmake优势在哪里呢？相信了解Gradle构建的都知道，为什么现在的apk构建过程会这么快，就是因为其在编译apk之前会生成一个任务依赖树，因此在多核状态下，任务可以在异步状态下执行，所以apk构建过程会非常快。而我们的Cmake也是类似，其在生成makefile过程中会自动分析源代码，创建一个组件之间依赖的关系树，这样就可以大大缩减在make编译阶段的时间。

CMake最大优点就是可以动态调试C/C++代码

 

❸Cmake基本语法：见另一篇博文

❹Cmake构建项目配置

android { defaultConfig { externalNativeBuild { cmake { //声明当前Cmake项目使用的Android abi abiFilters "armeabi-v7a" //提供给Cmake的参数信息 可选 arguments "-DANDROID_ARM_NEON=TRUE", "-DANDROID_TOOLCHAIN=clang" //提供给C编译器的一个标志 可选 cFlags "-D__STDC_FORMAT_MACROS" //提供给C++编译器的一个标志 可选 cppFlags "-fexceptions", "-frtti","-std=c++11" //指定哪个so库会被打包到apk中去 可选 targets "libexample-one", "my-executible-demo" } } } externalNativeBuild { cmake { path "src/main/cpp/CMakeLists.txt" //声明cmake配置文件路径 version "3.10.2" //声明cmake版本 } } }

2.2：Java层

⑴怎么选择正确的so？

我们在编译so的时候就需要确定自己设备类型，根据设备类型选择对应abiFilters。

由于不同CPU指令的向前兼容性，假设我们只有arm7代处理器，那么只需要选择armeabi-v7a即可，如果既有7代也有7代之前的，可以同时选择armeabi和armeabi-v7a，设备会自动选择使用正确版本，同理对于32位还是64位处理器也是一样的道理。

注意：使用as编译后的so会自动打包到apk中，如果需要提供给第三方使用，可以到build/intermediates/cmake/debug or release 目录中copy出来。

 第三方库一般直接放在main/jniLibs文件夹下，也有放在默认libs目录下的，但是必须在build.gradle中声明jni库的目录：

sourceSets { main { jniLibs.srcDirs = ['jniLibs'] } } 

⑵Java层如何调用so文件中的函数？

对于Android上层代码来说，在将包正确导入到项目中后，只需要一行代码就可以完成动态库的加载过程。

System.load("/data/local/tmp/libnative_lib.so"); System.loadLibrary("native_lib"); 

以上两个方法用于加载动态，区别如下：

• 1.加载路径不同：load是加载so的完整路径，而loadLibrary是加载so的名称，然后加上前缀lib和后缀.so去默认目录下查找。
• 2.自动加载库的依赖库的不同：load不会自动加载依赖库；而loadLibrary会自动加载依赖库。
• 3.loadLibrary()和load()都用于加载动态库，loadLibrary()可以方便自动加载依赖库，load()可以方便地指定具体路径的动态库。对于loadLibrary()会将将xxx动态库的名字转换为libxxx.so，再从/data/app/[packagename]-1/lib/arm64，/vendor/lib64，/system/lib64等路径中查询对应的动态库。无论哪种方式，最终都会调用到LoadNativeLibrary()方法，该方法主要操作:

①通过dlopen打开动态库文件

②通过dlsym找到JNI_OnLoad符号所对应的方法地址

③通过JNI_OnLoad去注册对应的jni方法

动态库加载过程调用栈如下：

System.loadLibrary() Runtime.loadLibrary() Runtime.doLoad() Runtime_nativeLoad() LoadNativeLibrary() dlopen() dlsym() JNI_OnLoad() 

2.3：Native层

一、JNI 涉及的名词概念

1.1、 JNI：Java Native Interface

JNI（Java Native Interface，Java 本地接口）是 Java 生态的特性，它扩展了 Java 虚拟机的能力，使得 Java 代码可以与 C/C++ 代码进行交互。 通过 JNI 接口，Java 代码可以调用 C/C++ 代码，C/C++ 代码也可以调用 Java 代码。

1.2 JNI 开发的基本流程

⑴创建 HelloWorld.java，并声明 native 方法 sayHi()；

 ⑵使用 javac 命令编译源文件，生成 HelloWorld.class 字节码文件；

⑶使用 javah 命令导出 HelloWorld.h 头文件（头文件中包含了本地方法的函数原型）；

⑷在源文件 HelloWorld.cpp 中实现函数原型；

⑸编译本地代码，生成 Hello-World.so 动态原生库文件；

⑹在 Java 代码中调用 System.loadLibrary(…) 加载 so 文件；

⑺使用 Java 命令运行 HelloWorld 程序。

1.3、 注册 JNI 函数的方式

Java 的 native 方法和 JNI 函数是一一对应的映射关系，建立这种映射关系的注册方式有 2 种：

方式 1 – 静态注册： 基于命名约定建立映射关系；

方式 2 – 动态注册： 通过 JNINativeMethod 结构体建立映射关系。

• 静态库

.a 静态库就是好多个 .o 合并到一块的集合，经常在编译C 库的时候会看到很多.o,这个.o 就是目标文件 由 .c + .h 编译出来的。.c 相当于 .java, .h 是 C 库对外开放的接口声明。对外开放的接口 .h 和 .c 需要一一对应，如果没有一一对应，外部模块调用了接口，编译的时候会提示找不到方法。

.a 存在的意义可以看成 Android aar 存在的意义，方便代码不用重复编译， 最终为了生成 .so (apk)

 

• 动态库

动态库 ，在 Android 环境下就是 .so ，可以直接被java 代码调用的库.

1.4、加载 so 库的时机 

so 库需要在运行时调用 System.loadLibrary(…) 加载，一般有 2 种调用时机：

⑴在类静态初始化中： 如果只在一个类或者很少类中使用到该 so 库，则最常见的方式是在类的静态初始化块中调用；

⑵在 Application 初始化时调用： 如果有很多类需要使用到该 so 库，则可以考虑在 Application 初始化等场景中提前加载。

二:JNI 模板代码

kotlin代码

//helloJni()的返回值为String，映射到jni方法中的返回值即为jstring external fun helloJni(): String? //helloJni2(int age, boolean isChild)，增加了两个参数int和boolean，jni对应的映射为jint和jboolean，同时返回值float映射为jfloat。 external fun helloJni2(age: Int, isChild: Boolean): Float 

 jni代码

/ * 尽管java中的stringFromJNI()方法没有参数，但cpp中仍然有两个参数， * 参数一：JNIEnv* env表示指向可用JNI函数表的接口指针 * 参数二：jobject是调用该方法的java对象 */ extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_jason_jni_JNIDemo_helloJni (JNIEnv *env, jclass clazz){ return env->NewStringUTF("I am from c++"); } extern "C" JNIEXPORT jfloat JNICALL Java_com_jason_jni_JNIDemo_helloJni2 (JNIEnv *env, jclass clazz, jint age, jboolean isChild){ } 

2.1 JNI 函数名

为什么 JNI 函数名要采用Java_com_jason_jni_MainActivity_stringFromJNI 的命名方式呢？—— 这是 JNI 函数静态注册约定的函数命名规则。Java 的 native 方法和 JNI 函数是一一对应的映射关系，而建立这种映射关系的注册方式有 2 种：静态注册 + 动态注册。

静态注册是基于命名约定建立的映射关系，一个 Java 的 native 方法对应的 JNI 函数会采用约定的函数名，即 Java_[类的全限定名 (带下划线)]_[方法名] 。JNI 调用 sayHi() 方法时，就会从 JNI 函数库中寻找函数 Java_com_jason_jni_MainActivity_stringFromJNI()

2.2 关键词 JNIEXPORT

JNIEXPORT 是宏定义，表示一个函数需要暴露给共享库外部使用时。JNIEXPORT 在 Window 和 Linux 上有不同的定义：

jni.h

// Windows 平台 : #define JNIEXPORT __declspec(dllexport) #define JNIIMPORT __declspec(dllimport) // Linux 平台： #define JNIIMPORT #define JNIEXPORT __attribute__ ((visibility ("default")))

2.3 关键词 JNICALL

JNICALL 是宏定义，表示一个函数是 JNI 函数。JNICALL 在 Window 和 Linux 上有不同的定义：

jni.h

// Windows 平台 : // __stdcall 是一种函数调用参数的约定 ,表示函数的调用参数是从右往左。 #define JNICALL __stdcall // Linux 平台： #define JNICALL

2.4 参数 jobject

jobject 类型是 JNI 层对于 Java 层应用类型对象的表示。每一个从 Java 调用的 native 方法，在 JNI 函数中都会传递一个当前对象的引用。

• 1、静态 native 方法： 第二个参数为 jclass 类型，指向 native 方法所在类的 Class 对象；
• 2、实例 native 方法： 第二个参数为 jobject 类型，指向调用 native 方法的对象。

extern "C" // 第二个参数为 jclass 类型，指向 native 方法所在类的 Class 对象； JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_jason_jni_MainActivity_getAge(JNIEnv *env, jobject thiz) { //获取java类的实例对象 // 第二个参数为 jobject 类型，指向调用 native 方法的对象。 jclass clazz = env->GetObjectClass(thiz); //判断thiz是否为jclass类型 jboolean result = env->IsInstanceOf(thiz, clazz); LOGD("jni->result=%d", result); return 1; } 

2.5 JavaVM 和 JNIEnv 的作用

JavaVM 和 JNIEnv 是定义在 jni.h 头文件中最关键的两个数据结构：

JavaVM： 代表 Java 虚拟机，每个 Java 进程有且仅有一个全局的 JavaVM 对象，JavaVM 可以跨线程共享；

JNIEnv： 代表 Java 运行环境，每个 Java 线程都有各自独立的 JNIEnv 对象，JNIEnv 不可以跨线程共享。JNIEnv又是一个指针，所以JNI中有哪些函数，只需要找到JNIEnv的实现体就可以了.

JavaVM 和 JNIEnv 的类型定义在 C 和 C++ 中略有不同，但本质上是相同的，内部由一系列指向虚拟机内部的函数指针组成。 类似于 Java 中的 Interface 概念，不同的虚拟机实现会从它们派生出不同的实现类，而向 JNI 层屏蔽了虚拟机内部实现（例如在 Android ART 虚拟机中，它们的实现分别是 JavaVMExt 和 JNIEnvExt）。

jni.h 

struct _JNIEnv; struct _JavaVM; // 如果定义了 __cplusplus 宏，则按照 C++ 编译 #if defined(__cplusplus) typedef _JNIEnv JNIEnv; typedef _JavaVM JavaVM; #else // 按照 C 编译 typedef const struct JNINativeInterface* JNIEnv; typedef const struct JNIInvokeInterface* JavaVM; #endif /* * C++ 版本的 _JavaVM，内部是对 JNIInvokeInterface* 的包装 */ struct _JavaVM { // 相当于 C 版本中的 JNIEnv const struct JNIInvokeInterface* functions; // 转发给 functions 代理 jint DestroyJavaVM() { return functions->DestroyJavaVM(this); } ... }; /* * C++ 版本的 JNIEnv，内部是对 JNINativeInterface* 的包装 */ struct _JNIEnv { // 相当于 C 版本的 JavaVM const struct JNINativeInterface* functions; // 转发给 functions 代理 jint GetVersion() { return functions->GetVersion(this); } jclass DefineClass(const char *name, jobject loader, const jbyte* buf, jsize bufLen) { return functions->DefineClass(this, name, loader, buf, bufLen); } jclass FindClass(const char* name) { return functions->FindClass(this, name); } }; 

可以看到，不管是在 C 语言中还是在 C++ 中，JNINativeInterface* 和 JNIInvokeInterface* 这两个结构体指针才是 JavaVM 和 JNIEnv 的实体。不过 C++ 中加了一层包装，在语法上更简洁，例如：

示例程序

// 在 C 语言中，要使用 (*env)-> // 注意看这一句：typedef const struct JNINativeInterface* JNIEnv; (*env)->FindClass(env, "java/lang/String"); // 在 C++ 中，要使用 env-> // 注意看这一句：jclass FindClass(const char* name) //{ return functions->FindClass(this, name); } env->FindClass("java/lang/String");

后文提到的大量 JNI 函数，其实都是定义在 JNINativeInterface *和 JNIInvokeInterface*内部的函数指针。

jni.h

/* * JavaVM */ struct JNIInvokeInterface { // 一系列函数指针 jint (*DestroyJavaVM)(JavaVM*); jint (*AttachCurrentThread)(JavaVM*, JNIEnv, void*); jint (*DetachCurrentThread)(JavaVM*); jint (*GetEnv)(JavaVM*, void, jint); jint (*AttachCurrentThreadAsDaemon)(JavaVM*, JNIEnv, void*); }; /* * JNIEnv */ struct JNINativeInterface { / 获取当前JNI版本信息: */ jint (*GetVersion)(JNIEnv *); /* 定义一个类：类是从某个字节数组buf中读取出来的 原型：jclass DefineClass(JNIEnv *env, const char *name, jobject loader, const jbyte *buf, jsize bufLen); */ jclass (*DefineClass)(JNIEnv*, const char*, jobject, const jbyte*, jsize); /* 找到某个类： 函数原型： jclass FindClass(JNIEnv *env, const char *name); 参数name：为类的全限定名 如String类："java/lang/String" 如java.lang.Object[] ： "[Ljava/lang/Object;" */ jclass (*FindClass)(JNIEnv*, const char*); /* 获取当前类的父类： 通常在使用FindClass获取到类之后，再调用这个函数 */ jclass (*GetSuperclass)(JNIEnv*, jclass); /* 定义某个类clazz1是否可以安全的强制转换为另外一个类clazz2 函数原型： jboolean IsAssignableFrom(JNIEnv *env, jclass clazz1,jclass clazz2); */ jboolean (*IsAssignableFrom)(JNIEnv*, jclass, jclass); /*检测是否发生了异常*/ jboolean (*ExceptionCheck)(JNIEnv*); /*检测是否发生了异常,并返回异常*/ jthrowable (*ExceptionOccurred)(JNIEnv*); /*打印出异常描述栈*/ void (*ExceptionDescribe)(JNIEnv*); /*清除异常*/ void (*ExceptionClear)(JNIEnv*); /* 抛出一个异常 成功返回0，失败返回其他值*/ jint (*Throw)(JNIEnv*, jthrowable); /* 创建一个新的Exception，并制定message，然后抛出*/ jint (*ThrowNew)(JNIEnv *, jclass, const char *); /*抛出一个FatalError*/ void (*FatalError)(JNIEnv*, const char*); /*创建一个全局的引用,需要在不使用的时候调用DeleteGlobalRef解除全局引用*/ jobject (*NewGlobalRef)(JNIEnv*, jobject); /*删除全局引用*/ void (*DeleteGlobalRef)(JNIEnv*, jobject); /*删除局部引用*/ void (*DeleteLocalRef)(JNIEnv*, jobject); /*是否是同一个Object*/ jboolean (*IsSameObject)(JNIEnv*, jobject, jobject); /*创建一个局部引用*/ jobject (*NewLocalRef)(JNIEnv*, jobject); /*在不调用构造函数的情况下，给jclass创建一个Java对象，注意该方法不能用在数组的情况*/ jobject (*AllocObject)(JNIEnv*, jclass); /*创建一个Object，对于jmethodID参数必须使用GetMethodID获取到构造函数*/ jobject (*NewObject)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, ...); jobject (*NewObjectV)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, va_list); jobject (*NewObjectA)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, const jvalue*); /*获取到当前对象的class类型*/ jclass (*GetObjectClass)(JNIEnv*, jobject); /*某个对象是否是某个类的实现对象，和Java中instanceof类似*/ jboolean (*IsInstanceOf)(JNIEnv*, jobject, jclass); /*获取某个类的方法类型id，非静态方法 clazz：类权限定名 name：为方法名 sig：为方法签名描述 原型：jfieldID GetFieldID(JNIEnv *env, jclass clazz,const char *name, const char *sig); */ jmethodID (*GetMethodID)(JNIEnv*, jclass, const char*, const char*); /*调用某个对象的方法 jobject：对象 jmethodID：对象的方法 返回值：jobject */ jobject (*CallObjectMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...); jobject (*CallObjectMethodV)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, va_list); jobject (*CallObjectMethodA)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, const jvalue*); /*调用某个对象的方法 jobject：对象 jmethodID：对象的方法 返回值：jboolean 同理后面的CallByteMethod，CallCharMethodV，CallIntMethod只是返回值不一样而已。 */ jboolean (*CallBooleanMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...); jboolean (*CallBooleanMethodV)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, va_list); jboolean (*CallBooleanMethodA)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, const jvalue*); jbyte (*CallByteMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...); jbyte (*CallByteMethodV)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, va_list); jbyte (*CallByteMethodA)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, const jvalue*); jchar (*CallCharMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...); jchar (*CallCharMethodV)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, va_list); jchar (*CallCharMethodA)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, const jvalue*); jshort (*CallShortMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...); jshort (*CallShortMethodV)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, va_list); jshort (*CallShortMethodA)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, const jvalue*); jint (*CallIntMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...); jint (*CallIntMethodV)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, va_list); jint (*CallIntMethodA)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, const jvalue*); jlong (*CallLongMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...); jlong (*CallLongMethodV)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, va_list); jlong (*CallLongMethodA)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, const jvalue*); jfloat (*CallFloatMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...); jfloat (*CallFloatMethodV)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, va_list); jfloat (*CallFloatMethodA)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, const jvalue*); jdouble (*CallDoubleMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...); jdouble (*CallDoubleMethodV)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, va_list); jdouble (*CallDoubleMethodA)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, const jvalue*); void (*CallVoidMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...); void (*CallVoidMethodV)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, va_list); void (*CallVoidMethodA)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, const jvalue*); /* 返回一个类的非静态属性id 原型：jfieldID GetFieldID(JNIEnv *env, jclass clazz, const char *name, const char *sig); 参数name：属性的名字 sig：属性的签名 */ jfieldID (*GetFieldID)(JNIEnv*, jclass, const char*, const char*); /* 获取当前类的某个属性值 同理：对于后面的GetShortField，GetBooleanField，GetByteField等只是属性的类型不一样。 在使用GetFieldID得到jfieldID属性id后，就可以使用Get<type>Field获取属性值。 */ jobject (*GetObjectField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID); jboolean (*GetBooleanField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID); jbyte (*GetByteField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID); jchar (*GetCharField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID); jshort (*GetShortField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID); jint (*GetIntField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID); jlong (*GetLongField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID); jfloat (*GetFloatField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID); jdouble (*GetDoubleField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID); /* 设置当前类的某个属性值 同理：对于后面的BooleanField，SetByteField，SetShortField等只是属性的类型不一样。 在使用GetFieldID得到jfieldID属性id后，就可以使用Set<type>Field设置对应属性值。 */ void (*SetObjectField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID, jobject); void (*SetBooleanField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID, jboolean); void (*SetByteField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID, jbyte); void (*SetCharField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID, jchar); void (*SetShortField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID, jshort); void (*SetIntField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID, jint); void (*SetLongField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID, jlong); void (*SetFloatField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID, jfloat); void (*SetDoubleField)(JNIEnv*, jobject, jfieldID, jdouble); /* 获取某个类的静态方法id */ jmethodID (*GetStaticMethodID)(JNIEnv*, jclass, const char*, const char*); /* 调用某个类的静态方法 同理：后面的CallStaticBooleanMethod，CallStaticByteMethod等方法只是返回类型不一样而已。 */ jobject (*CallStaticObjectMethod)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, ...); jobject (*CallStaticObjectMethodV)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, va_list); jobject (*CallStaticObjectMethodA)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, const jvalue*); jboolean (*CallStaticBooleanMethod)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, ...); jboolean (*CallStaticBooleanMethodV)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, va_list); jboolean (*CallStaticBooleanMethodA)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, const jvalue*); jbyte (*CallStaticByteMethod)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, ...); jbyte (*CallStaticByteMethodV)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, va_list); jbyte (*CallStaticByteMethodA)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, const jvalue*); jchar (*CallStaticCharMethod)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, ...); jchar (*CallStaticCharMethodV)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, va_list); jchar (*CallStaticCharMethodA)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, const jvalue*); jshort (*CallStaticShortMethod)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, ...); jshort (*CallStaticShortMethodV)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, va_list); jshort (*CallStaticShortMethodA)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, const jvalue*); jint (*CallStaticIntMethod)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, ...); jint (*CallStaticIntMethodV)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, va_list); jint (*CallStaticIntMethodA)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, const jvalue*); jlong (*CallStaticLongMethod)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, ...); jlong (*CallStaticLongMethodV)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, va_list); jlong (*CallStaticLongMethodA)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, const jvalue*); jfloat (*CallStaticFloatMethod)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, ...); jfloat (*CallStaticFloatMethodV)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, va_list); jfloat (*CallStaticFloatMethodA)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, const jvalue*); jdouble (*CallStaticDoubleMethod)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, ...); jdouble (*CallStaticDoubleMethodV)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, va_list); jdouble (*CallStaticDoubleMethodA)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, const jvalue*); void (*CallStaticVoidMethod)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, ...); void (*CallStaticVoidMethodV)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, va_list); void (*CallStaticVoidMethodA)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, const jvalue*); //获取静态属性的id jfieldID (*GetStaticFieldID)(JNIEnv*, jclass, const char*, const char*); /* 获取某个类的静态属性的值： 同理：GetStaticBooleanField，GetStaticByteField等后续函数都只是属性的类型不一样而已 */ jobject (*GetStaticObjectField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID); jboolean (*GetStaticBooleanField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID); jbyte (*GetStaticByteField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID); jchar (*GetStaticCharField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID); jshort (*GetStaticShortField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID); jint (*GetStaticIntField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID); jlong (*GetStaticLongField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID); jfloat (*GetStaticFloatField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID); jdouble (*GetStaticDoubleField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID); /* 设置某个类的静态属性的值 同理：SetStaticObjectField，SetStaticBooleanField只是设置的值属性类型不同罢了*/ void (*SetStaticObjectField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID, jobject); void (*SetStaticBooleanField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID, jboolean); void (*SetStaticByteField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID, jbyte); void (*SetStaticCharField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID, jchar); void (*SetStaticShortField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID, jshort); void (*SetStaticIntField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID, jint); void (*SetStaticLongField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID, jlong); void (*SetStaticFloatField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID, jfloat); void (*SetStaticDoubleField)(JNIEnv*, jclass, jfieldID, jdouble); /* 从一段unicode字符串中创建一个String对象 原型：jstring NewString(JNIEnv *env, const jchar *unicodeChars,jsize len); */ jstring (*NewString)(JNIEnv*, const jchar*, jsize); /*获取String对象的字符串长度，字符串是默认的UNICODE*/ jsize (*GetStringLength)(JNIEnv*, jstring); /* 将jstring转换为一个Unicode字符串数组的指针，在调用ReleaseStringChars之前，这个指针都是有效的 原型：const jchar * GetStringChars(JNIEnv *env, jstring string,jboolean *isCopy); */ const jchar* (*GetStringChars)(JNIEnv*, jstring, jboolean*); /*释放一个Unicode字符串数组的指针*/ void (*ReleaseStringChars)(JNIEnv*, jstring, const jchar*); /*创建一个string对象，使用的字符串是UTF-8类型*/ jstring (*NewStringUTF)(JNIEnv*, const char*); /*获取UTF-8类型的jstring对象的长度*/ jsize (*GetStringUTFLength)(JNIEnv*, jstring); /* 返回一个string类型的utf-8类型字符串的指针。生命周期是在调用ReleaseStringUTFChars之前。 原型：const char * GetStringUTFChars(JNIEnv *env, jstring string,jboolean *isCopy);*/ const char* (*GetStringUTFChars)(JNIEnv*, jstring, jboolean*); /*释放GetStringUTFChars获取到的指针*/ void (*ReleaseStringUTFChars)(JNIEnv*, jstring, const char*); /*获取一个数组对象的长度*/ jsize (*GetArrayLength)(JNIEnv*, jarray); /*创建一个Object类型的数组对象 原型：jobjectArray NewObjectArray(JNIEnv *env, jsize length,jclass elementClass, jobject initialElement); elementClass：对象类型 initialElement：对象初始化元素*/ jobjectArray (*NewObjectArray)(JNIEnv*, jsize, jclass, jobject); /*获取某个数组对象索引上的元素，最后一个参数为索引位置*/ jobject (*GetObjectArrayElement)(JNIEnv*, jobjectArray, jsize); /*设置某个数组对象索引上的元素，倒数第二个参数为索引位置*/ void (*SetObjectArrayElement)(JNIEnv*, jobjectArray, jsize, jobject); /*创建一个Boolean类型的数组对象，长度为jsize*/ jbooleanArray (*NewBooleanArray)(JNIEnv*, jsize); /*创建一个Byte类型的数组对象，长度为jsize*/ jbyteArray (*NewByteArray)(JNIEnv*, jsize); jcharArray (*NewCharArray)(JNIEnv*, jsize); jshortArray (*NewShortArray)(JNIEnv*, jsize); jintArray (*NewIntArray)(JNIEnv*, jsize); jlongArray (*NewLongArray)(JNIEnv*, jsize); jfloatArray (*NewFloatArray)(JNIEnv*, jsize); jdoubleArray (*NewDoubleArray)(JNIEnv*, jsize); /*获取Boolean数组对象的第一个对象的地址指针：注意和ReleaseBooleanArrayElements配合使用 函数原型：NativeType *Get<PrimitiveType>ArrayElements(JNIEnv *env,ArrayType array, jboolean *isCopy); isCopy：当前返回的数组对象可能是Java数组的一个拷贝对象 */ jboolean* (*GetBooleanArrayElements)(JNIEnv*, jbooleanArray, jboolean*); /*获取Byte数组对象的第一个对象的地址指针*/ jbyte* (*GetByteArrayElements)(JNIEnv*, jbyteArray, jboolean*); /*同上*/ jchar* (*GetCharArrayElements)(JNIEnv*, jcharArray, jboolean*); jshort* (*GetShortArrayElements)(JNIEnv*, jshortArray, jboolean*); jint* (*GetIntArrayElements)(JNIEnv*, jintArray, jboolean*); jlong* (*GetLongArrayElements)(JNIEnv*, jlongArray, jboolean*); jfloat* (*GetFloatArrayElements)(JNIEnv*, jfloatArray, jboolean*); jdouble* (*GetDoubleArrayElements)(JNIEnv*, jdoubleArray, jboolean*); //是否数组对象内存 void (*ReleaseBooleanArrayElements)(JNIEnv*, jbooleanArray, jboolean*, jint); void (*ReleaseByteArrayElements)(JNIEnv*, jbyteArray, jbyte*, jint); void (*ReleaseCharArrayElements)(JNIEnv*, jcharArray, jchar*, jint); void (*ReleaseShortArrayElements)(JNIEnv*, jshortArray, jshort*, jint); void (*ReleaseIntArrayElements)(JNIEnv*, jintArray, jint*, jint); void (*ReleaseLongArrayElements)(JNIEnv*, jlongArray, jlong*, jint); void (*ReleaseFloatArrayElements)(JNIEnv*, jfloatArray, jfloat*, jint); void (*ReleaseDoubleArrayElements)(JNIEnv*, jdoubleArray, jdouble*, jint); /*将一个数组区间的值拷贝到一个新的地址空间，然后返回这个地址空间的首地址，最后一个参数为接收首地址用 函数原型： void Get<PrimitiveType>ArrayRegion(JNIEnv *env, ArrayType array,jsize start, jsize len, NativeType *buf); */ void (*GetBooleanArrayRegion)(JNIEnv*, jbooleanArray, jsize, jsize, jboolean*); void (*GetByteArrayRegion)(JNIEnv*, jbyteArray, jsize, jsize, jbyte*); void (*GetCharArrayRegion)(JNIEnv*, jcharArray, jsize, jsize, jchar*); void (*GetShortArrayRegion)(JNIEnv*, jshortArray, jsize, jsize, jshort*); void (*GetIntArrayRegion)(JNIEnv*, jintArray, jsize, jsize, jint*); void (*GetLongArrayRegion)(JNIEnv*, jlongArray, jsize, jsize, jlong*); void (*GetFloatArrayRegion)(JNIEnv*, jfloatArray, jsize, jsize, jfloat*); void (*GetDoubleArrayRegion)(JNIEnv*, jdoubleArray, jsize, jsize, jdouble*); /*设置某个数组对象的区间的值*/ void (*SetBooleanArrayRegion)(JNIEnv*, jbooleanArray, jsize, jsize, const jboolean*); void (*SetByteArrayRegion)(JNIEnv*, jbyteArray, jsize, jsize, const jbyte*); void (*SetCharArrayRegion)(JNIEnv*, jcharArray, jsize, jsize, const jchar*); void (*SetShortArrayRegion)(JNIEnv*, jshortArray, jsize, jsize, const jshort*); void (*SetIntArrayRegion)(JNIEnv*, jintArray, jsize, jsize, const jint*); void (*SetLongArrayRegion)(JNIEnv*, jlongArray, jsize, jsize, const jlong*); void (*SetFloatArrayRegion)(JNIEnv*, jfloatArray, jsize, jsize, const jfloat*); void (*SetDoubleArrayRegion)(JNIEnv*, jdoubleArray, jsize, jsize, const jdouble*); /*注册JNI函数*/ jint (*RegisterNatives)(JNIEnv*, jclass, const JNINativeMethod*, jint); /*反注册JNI函数*/ jint (*UnregisterNatives)(JNIEnv*, jclass); /*加同步锁*/ jint (*MonitorEnter)(JNIEnv*, jobject); /*释放同步锁*/ jint (*MonitorExit)(JNIEnv*, jobject); /*获取Java虚拟机VM*/ jint (*GetJavaVM)(JNIEnv*, JavaVM); /*获取uni-code字符串区间的值，并放入到最后一个参数首地址中*/ void (*GetStringRegion)(JNIEnv*, jstring, jsize, jsize, jchar*); /*获取utf-8字符串区间的值，并放入到最后一个参数首地址中*/ void (*GetStringUTFRegion)(JNIEnv*, jstring, jsize, jsize, char*); /* 1.类似Get/Release<primitivetype>ArrayElements这两个对应函数，都是获取一个数组对象的地址，但是返回是void*，所以是范式编程，可以返回任何对象的首地址，而Get/Release<primitivetype>ArrayElements是指定类型的格式。 2.在调用GetPrimitiveArrayCcritical之后，本机代码在调用ReleasePrimitiveArray Critical之前不应长时间运行。我们必须将这对函数中的代码视为在“关键区域”中运行。在关键区域中，本机代码不得调用其他JNI函数，或任何可能导致当前线程阻塞并等待另一个Java线程的系统调用。（例如，当前线程不能对另一个Java线程正在编写的流调用read。）*/ void* (*GetPrimitiveArrayCritical)(JNIEnv*, jarray, jboolean*); void (*ReleasePrimitiveArrayCritical)(JNIEnv*, jarray, void*, jint); /*功能类似 Get/ReleaseStringChars，但是功能会有限制：在由Get/ReleaseStringCritical调用包围的代码段中，本机代码不能发出任意JNI调用，或导致当前线程阻塞 函数原型：const jchar * GetStringCritical(JNIEnv *env, jstring string, jboolean *isCopy); */ const jchar* (*GetStringCritical)(JNIEnv*, jstring, jboolean*); void (*ReleaseStringCritical)(JNIEnv*, jstring, const jchar*); //创建一个弱全局引用 jweak (*NewWeakGlobalRef)(JNIEnv*, jobject); //删除一个弱全局引用 void (*DeleteWeakGlobalRef)(JNIEnv*, jweak); /*检查是否有挂起的异常exception*/ jboolean (*ExceptionCheck)(JNIEnv*); /* 创建一个ByteBuffer对象，参数address为ByteBuffer对象首地址，且不为空，capacity为ByteBuffe的容量 函数原型：jobject NewDirectByteBuffer(JNIEnv* env, void* address, jlong capacity);*/ jobject (*NewDirectByteBuffer)(JNIEnv*, void*, jlong); /*获取一个Buffer对象的首地址*/ void* (*GetDirectBufferAddress)(JNIEnv*, jobject); /*获取一个Buffer对象的Capacity容量*/ jlong (*GetDirectBufferCapacity)(JNIEnv*, jobject); /*获取jobject对象的引用类型： 可能为： a local, global or weak global reference等引用类型： 如下： JNIInvalidRefType = 0, JNILocalRefType = 1, JNIGlobalRefType = 2, JNIWeakGlobalRefType = 3*/ jobjectRefType (*GetObjectRefType)(JNIEnv*, jobject); }; 

看到这里面方法还是挺多的，可以总结为下面几类：Class操作，异常Exception操作，对象字段以及方法操作，类的静态字段以及方法操作，字符串操作，锁操作等等。

三. 数据类型转换

Java 层与 Native 层之间的数据类型转换。

3.1 Java 类型映射（重点理解）

JNI 对于 Java 的基本数据类型（int float long等）和引用数据类型（Object、Class、数组等）的处理方式不同。这个原理非常重要，理解这个原理才能理解后面所有 JNI 函数的设计思路：

java的基础数据类型：

java的基础数据类型会直接转换为 C/C++ 的基础数据类型

 int 类型映射为 jint 类型

基础数据类型在映射时是直接映射，而不会发生数据格式转换。

如:Java char 类型在映射为 jchar 后旧是保持 Java 层的样子，数据长度依旧是 2 个字节，而字符编码依旧是 UNT-16 编码。

java的引用数据类型：

java的对象只会转换为一个 C/C++ 指针

Object 类型映射为 jobject 类型

由于指针指向 Java 虚拟机内部的数据结构，所以不可能直接在 C/C++ 代码中操作对象，而是需要依赖 JNIEnv 环境对象。

另外，为了避免对象在使用时突然被回收，在本地方法返回前，虚拟机会固定（pin）对象，阻止其 GC。

 Java 类型与 JNI 类型的映射关系总结为下表：

#define JNI_FALSE 0 #define JNI_TRUE 1 

 jni.h:具体映射关系

typedef uint8_t jboolean; /* unsigned 8 bits */ typedef int8_t jbyte; /* signed 8 bits */ typedef uint16_t jchar; /* unsigned 16 bits */ /* 注意：jchar 是 2 个字节 */ typedef int16_t jshort; /* signed 16 bits */ typedef int32_t jint; /* signed 32 bits */ typedef int64_t jlong; /* signed 64 bits */ typedef float jfloat; /* 32-bit IEEE 754 */ typedef double jdouble; /* 64-bit IEEE 754 */ typedef jint jsize; #ifdef __cplusplus // 内部的数据结构由虚拟机实现，只能从虚拟机源码看 class _jobject {}; class _jclass : public _jobject {}; class _jstring : public _jobject {}; class _jarray : public _jobject {}; class _jobjectArray : public _jarray {}; class _jbooleanArray : public _jarray {}; // 说明我们接触到到 jobject、jclass 其实是一个指针 typedef _jobject* jobject; typedef _jclass* jclass; typedef _jstring* jstring; typedef _jarray* jarray; typedef _jobjectArray* jobjectArray; typedef _jbooleanArray* jbooleanArray; ... #else /* not __cplusplus */ ... #endif /* not __cplusplus */

3.2 字符串类型操作

 java 对象会映射为一个 jobject 指针，

  java.lang.String 字符串类型也会映射为一个 jstring

// 内部的数据结构还是看不到，由虚拟机实现 class _jstring : public _jobject {}; typedef _jstring* jstring; struct JNINativeInterface { //GetStringUTFChars： String 转换为 UTF-8 字符串 const char* (*GetStringUTFChars)(JNIEnv*, jstring, jboolean*); // 释放 GetStringUTFChars 生成的 UTF-8 字符串 void (*ReleaseStringUTFChars)(JNIEnv*, jstring, const char*); // 构造新的 String 字符串 jstring (*NewStringUTF)(JNIEnv*, const char*); // 获取 String 字符串的长度 jsize (*GetStringUTFLength)(JNIEnv*, jstring); // 将 String 复制到预分配的 char* 数组中 void (*GetStringUTFRegion)(JNIEnv*, jstring, jsize, jsize, char*); };

由于 Java 与 C/C++ 默认使用不同的字符编码，因此在操作字符数据时，需要特别注意在 UTF-16 和 UTF-8 两种编码之间转换。

Unicode： 统一化字符编码标准，为全世界所有字符定义统一的码点，例如 U+0011；

UTF-8： Unicode 标准的实现编码之一，使用 1~4 字节的变长编码。UTF-8 编码中的一字节编码与 ASCII 编码兼容。

UTF-16： Unicode 标准的实现编码之一，使用 2 / 4 字节的变长编码。UTF-16 是 Java String 使用的字符编码；

以下为 2 种较为常见的转换场景：

① Java String 对象转换为 C/C++ 字符串：

调用 GetStringUTFChars 函数将一个 jstring 指针转换为一个 UTF-8 的 C/C++ 字符串，并在不再使用时调用 ReleaseStringChars 函数释放内存；

②构造 Java String 对象：

调用 NewStringUTF 函数构造一个新的 Java String 字符串对象。

见案例代码:

 binding.sampleText2.text=myJNIMethodTest("方明飞") external fun myJNIMethodTest(str:String):String

 / * 将 Java String 转换为 C/C++ 字符串 * jstring str :Java 层传递过来的 String * * */ extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_example_mynativiedemo_MainActivity_myJNIMethodTest(JNIEnv *env, jobject thiz, jstring jstr) { // 将java层传递过来的字符串 jstr 转为 jni/native/c++ 层字符串 const char* str =env->GetStringUTFChars(jstr,JNI_FALSE); if(!str) { // OutOfMemoryError LOGD("java层传递过来的字符串参数不存在"); // return ; } jsize strSize = env->GetStringLength(jstr); LOGE("接收java层传递过来的字符串 jstr 转为 jni/native/c++ 层字符串 = %s, 长度=%d", str, strSize); // 释放 GetStringUTFChars 生成的 UTF-8 字符串str env->ReleaseStringUTFChars(jstr,str); // 将 C/C++ 字符串 转换为 Java String std::string native_str = "在 jni/Native 层构造 Java String并返回给java层"; jstring jstr2 = env->NewStringUTF(native_str.c_str()); return jstr2; } 

对 GetStringUTFChars(this, string, isCopy) 函数的第 3 个参数 isCopy 做解释：它是一个布尔值参数，将决定使用拷贝模式还是复用模式：

  isCopy=JNI_TRUE： 使用拷贝模式，JVM 将拷贝一份原始数据来生成 UTF-8 字符串；

  isCopy=JNI_FALSE：使用复用模式，JVM 将复用同一份原始数据来生成 UTF-8 字符串。复用模式绝不能修改字符串内容，否则 JVM 中的原始字符串也会被修改，打破 String 不可变性。

另外还有一个基于范围的转换函数：GetStringUTFRegion：预分配一块字符数组缓冲区，然后将 String 数据复制到这块缓冲区中。由于这个函数本身不会做任何内存分配，所以不需要调用对应的释放资源函数，也不会抛出 OutOfMemoryError。另外，GetStringUTFRegion 这个函数会做越界检查并抛出 StringIndexOutOfBoundsException 异常。

jstring jStr = ...; // Java 层传递过来的 String char outbuf[128]; int len = env->GetStringLength(jStr); env->GetStringUTFRegion(jStr, 0, len, outbuf);

3.3 数组类型操作

与 jstring 的处理方式类似，JNI 规范将 Java 数组定义为 jobject 的派生类 jarray ：

• 基础类型数组：定义为 jbooleanArray 、jintArray 等；
• 引用类型数组：定义为 jobjectArray 。

⑴操作基础类型数组（以 jintArray 为例）：

①Java 基本类型数组转换为 C/C++ 数组： 调用 GetIntArrayElements 函数将一个 jintArray 指针转换为 C/C++ int 数组；

②修改 Java 基本类型数组： 调用 ReleaseIntArrayElements 函数并使用模式 0；

③构造 Java 基本类型数组： 调用 NewIntArray 函数构造 Java int 数组。

见案例代码:

 // 演示 Native 操作基本类型数组 val mIntArray : IntArray = generateIntArray(10) Log.e(TAG, "基础类型数组：" + mIntArray.joinToString()) // 基础类型数组：20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 external fun generateIntArray(size :Int): IntArray

 / * 示例：把java层基本类型数组传递给 jni/native/c++ 层转为c++数组 * */ extern "C" JNIEXPORT jintArray JNICALL Java_com_example_mynativiedemo_MainActivity_generateIntArray(JNIEnv *env, jobject thiz, jint size) { // 通过 NewIntArray(this, length)创建 Java int[] jintArray jarr= env->NewIntArray(size); //再通过GetIntArrayElements(this, array, isCopy) 转换为 C/C++ int[] jint* carr = env->GetIntArrayElements(jarr,JNI_FALSE); // 赋值 for (int i = 0; i < size; i++){ carr[i]=20+i; } // 释放资源并回收 防止内存泄漏 env->ReleaseIntArrayElements(jarr,carr,0); // 返回数组给java层 return jarr; }

  对ReleaseIntArrayElements(this, array, elems, mode)第 3 个参数 mode 做解释：它是一个模式参数：

参数 mode	描述
0	将 C/C++ 数组的数据回写到 Java 数组，并释放 C/C++ 数组
JNI_COMMIT	将 C/C++ 数组的数据回写到 Java 数组，并不释放 C/C++ 数组
JNI_ABORT	不回写数据，但释放 C/C++ 数组

另外 JNI 还提供了基于范围函数：GetIntArrayRegion 和 SetIntArrayRegion，使用方法和注意事项和 GetStringUTFRegion 也是类似的，也是基于一块预分配的数组缓冲区。

⑵操作引用类型数组（jobjectArray）：

①将 Java 引用类型数组转换为 C/C++ 数组： 不支持！与基本类型数组不同，引用类型数组的元素 jobject 是一个指针，不存在转换为 C/C++ 数组的概念；

②修改 Java 引用类型数组： 调用 SetObjectArrayElement 函数修改指定下标元素；

③构造 Java 引用类型数组： 先调用 FindClass 函数获取 Class 对象，再调用 NewObjectArray 函数构造对象数组。

案例代码:

 // 演示 Native 操作引用类型数组 val mStringArray:Array<String> = generateStringArray(10) Log.e(TAG, "引用类型数组：" + mStringArray.joinToString()) //引用类型数组：100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109 external fun generateStringArray(size: Int): Array<String>

/ * 示例：操作引用类型数组 * */ extern "C" JNIEXPORT jobjectArray JNICALL Java_com_example_mynativiedemo_MainActivity_generateStringArray(JNIEnv *env, jobject thiz,jint size) { // 通过 FindClass(this, name) 获取java的 String Class对象 jclass jStringClazz = env->FindClass("java/lang/String"); // 初始值（可为空） jstring initialStr = env->NewStringUTF("初始值"); // 创建 Java String[]数组 jobjectArray jarr = env->NewObjectArray(size,jStringClazz,initialStr); for (int i = 0; i < size; i++){ char str[5]; sprintf(str,"%d",100+i); jstring jStr = env->NewStringUTF(str); env->SetObjectArrayElement(jarr,i,jStr); } // 返回数组 return jarr; }

四. JNI/Native 访问 Java 字段与方法

如何从 Native 层访问 Java 的字段与方法.JNI 首先要找到想访问的字段和方法，这就依靠字段描述符和方法描述符。

4.1 字段描述符与方法描述符

在 Java 源码中定义的字段和方法，在编译后都会按照既定的规则记录在 Class 文件中的字段表和方法表结构中。例如，一个 public String str; 字段会被拆分为字段访问标记（public）、字段简单名称（str）和字段描述符（Ljava/lang/String）。 因此，从 JNI 层访问 Java 层的字段或方法时，首先就是要获取在 Class 文件中记录的简单名称和描述符。

①字段表结构： 包含字段的访问标记、简单名称、字段描述符等信息。例如字段 String str 的简单名称为 str，字段描述符为 Ljava/lang/String;

②方法表结构： 包含方法的访问标记、简单名称、方法描述符等信息。例如方法 void fun(); 的简单名称为 fun，方法描述符为 ()V

4.2 描述符规则

⑴字段描述符规则：字段描述符其实就是描述字段的类型，JVM 对每种基础数据类型定义了固定的描述符，而引用类型则是以 L 开头的形式：

⑵方法描述符规则：方法描述符其实就是描述方法的返回值类型和参数表类型，参数类型用一对圆括号括起来，按照参数声明顺序列举参数类型，返回值出现在括号后面。例如方法 void fun(); 的简单名称为 fun，方法描述符为 ()V

4.3 JNI 访问 Java 字段/变量

⑴native代码访问 Java 字段的流程分为 2 步：

①通过 jclass 获取字段 ID，例如：Fid = env->GetFieldId(clz, "name", "Ljava/lang/String;");

②通过字段 ID 访问字段，例如：Jstr = env->GetObjectField(thiz, Fid);

⑵Java 字段分为静态字段和实例字段/成员变量

①jni访问java实例字段/成员变量

 ②jni访问java静态字段/变量

实例代码

 MainActivity

class MainActivity : AppCompatActivity() { private val mName = "初始值" companion object { //定义一个静态变量sName // 如果使用 const val 或 static final 修饰（静态常量），则这个字段变量则无法从 jni/Native 层进行修改 private val sName = "default" fun getsName(): String { return sName } init { // 加载本地动态库fmfjni System.loadLibrary("fmfjni") // 加载本地动态库fmfjni2 System.loadLibrary("fmfjni2") } } override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) { super.onCreate(savedInstanceState) //todo 演示 jni/Native层 改变 Java的 静态变量字段sName和实例变量字段mName的值 Log.e(TAG,"输出改变静态变量字段sName前值="+ getsName()) //输出改变静态变量字段sName前值=default Log.e(TAG,"输出改变实例变量字段mName前值=${mName}") // 输出改变实例变量字段mName前值=初始值 accessField() Log.e(TAG,"输出在jni/native层改变静态变量字段sName后值="+ getsName()) // 输出在jni/native层改变静态变量字段sName后值=fangmingfei Log.e(TAG,"输出在jni/native层改变实例变量字段mName的值=${mName}" ) // 输出在jni/native层改变实例变量字段mName的值=方明飞 } external fun accessField() }

fmf_jni.cpp

/ * jni/Native层 访问 Java的 静态字段和实例字段 * * */ extern "C" JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_mynativiedemo_MainActivity_accessField(JNIEnv *env, jobject thiz) { // 通过 GetObjectClass(this, obj) 获取jclass对象(即MainActivity) jclass clz = env->GetObjectClass(thiz); //todo 示例：修改 Java层jclass对象(即MainActivity)的 静态变量字段值 sName的值 // 获取通过GetStaticFieldID(this, clazz, name, sig)获取 Java层jclass对象(即MainActivity)的静态字段sName的 ID jfieldID sFieldId = env->GetStaticFieldID(clz,"sName","Ljava/lang/String;") ; // 访问静态变量字段值 sName if(sFieldId){ // Java 方法的返回值 String 映射为 jstring jobject job= env->GetStaticObjectField(clz,sFieldId); jstring jStr = static_cast<jstring>(job); // 将 jstring 转换为 C/C++ 字符串 const char* sStr= env->GetStringUTFChars(jStr,JNI_FALSE); LOGE("输出java层的静态字段变量=%s", sStr); // 输出java层的静态字段变量=default // 释放资源 env->ReleaseStringUTFChars(jStr, sStr); // 构造 Java String 对象（将 C/C++ 字符串转换为 Java String） //在啊jni/native层把Java层jclass对象(即MainActivity)的 静态变量字段值 sName改为"fangmingfei" 在传递到java层 jstring newStr = env->NewStringUTF("fangmingfei"); if(newStr){ // jstring 本身就是 Java String 的映射，可以直接传递到 Java 层 env->SetStaticObjectField(clz,sFieldId,newStr); } } //todo 示例：修改 Java层jclass对象(即MainActivity)的 实例变量字段值 mName的值 // 获取实例字段 的ID jfieldID mFieldId = env->GetFieldID(clz,"mName", "Ljava/lang/String;"); // 访问实例字段 if (mFieldId) { jobject job= env->GetObjectField(thiz,mFieldId); jstring jStr = static_cast<jstring>(job); // 转换为 C/C++ 字符串 const char* sStr = env->GetStringUTFChars(jStr,JNI_FALSE); LOGE("输出java层的实例变量字段值=%s", sStr); // 输出java层的实例变量字段值=初始值 // 释放资源 env->ReleaseStringUTFChars(jStr, sStr); //在啊jni/native层把Java层jclass对象(即MainActivity)的 实例变量字段值mName改为"方明飞" 在传递到java层 jstring newStr = env->NewStringUTF("方明飞"); if(newStr){ // jstring 本身就是 Java String 的映射，可以直接传递到 Java 层 env->SetObjectField(thiz,mFieldId,newStr); } } }

4.4 JNI 调用 Java 方法/函数

⑴ jni访问 Java 层的方法，访问流程分为 2 步： 

①通过 jclass 获取「方法 ID」，例如：Mid = env->GetMethodID(jclass, "helloJava", "()V");

②通过方法 ID 调用方法，例如：env->CallVoidMethod(thiz, Mid);

⑵Java层的 方法分为静态方法和实例方法

  ① jni访问java实例方法/成员方法

②jni访问java静态方法

实例代码:

MainActivity

class MainActivity : AppCompatActivity() { companion object { val TAG ="MainActivity" //定义一个静态函数 // Kotlin static 需要使用 @JvmStatic 修饰，否则该方法会放在 Companion 中，而不是直接放在当前类中 @JvmStatic fun sHelloJava() { Log.e(TAG, "jni/Native层 调用 Java 静态方法 sHelloJava()") } init { // 加载本地动态库fmfjni System.loadLibrary("fmfjni") // 加载本地动态库fmfjni2 System.loadLibrary("fmfjni2") } } override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) { super.onCreate(savedInstanceState) // todo 演示 jni/Native 访问 Java 静态方法和实例方法 accessMethod() // jni/Native层 调用 Java 静态方法 sHelloJava() //jin/Native层 调用 Java 实例方法 helloJava() } external fun accessMethod() private fun helloJava() { Log.e(TAG, "jin/Native层 调用 Java 实例方法 helloJava()") } }

fmf_jni.cpp

/ * 调用 Java层的 方法 * * */ extern "C" JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_mynativiedemo_MainActivity_accessMethod(JNIEnv *env, jobject thiz) { // 通过GetObjectClass(this, obj)获取 jclass(MainActivity) jclass clz = env->GetObjectClass(thiz); // 示例：调用 Java层的 静态方法sHelloJava() // 获取静态方法 ID jmethodID sMethodId = env->GetStaticMethodID(clz,"sHelloJava","()V"); if(sMethodId){ // CallStaticVoidMethod(jclass clazz, jmethodID methodID, ...) env->CallStaticVoidMethod(clz,sMethodId); } // 示例：调用 Java层的 实例方法 helloJava() // 获取实例方法 ID jmethodID mMethodId = env->GetMethodID(clz,"helloJava","()V"); if(mMethodId){ // CallVoidMethod(jobject obj, jmethodID methodID, ...) env->CallVoidMethod(thiz,mMethodId); } }

4.5 jni访问调用java对象

JNI提供的另外一个功能是在本地代码中使用Java对象。通过使用合适的JNI函数，你可以创建Java对象，get、set 静态(static)和实例（instance）的域，调用静态(static)和实例（instance）函数。JNI通过ID识别域和方法，一个域或方法的ID是任何处理域和方法的函数的必须参数。

 4.6 jni访问调用java数组

JNI通过JNIEnv提供的操作Java数组的功能。它提供了两个函数：一个是操作java的简单型数组的，另一个是操作对象类型数组的。

因为速度的原因，简单类型的数组作为指向本地类型的指针暴露给本地代码。因此，它们能作为常规的数组存取。这个指针是指向实际的Java数组或者Java数组的拷贝的指针。另外，数组的布置保证匹配本地类型。

为了存取Java简单类型的数组，你就要要使用GetXXXArrayElements函数（见表B），XXX代表了数组的类型。这个函数把Java数组看成参数，返回一个指向对应的本地类型的数组的指针。

JNI数组存取函数

当你对数组的存取完成后，要确保调用相应的ReleaseXXXArrayElements函数，参数是对应Java数组和GetXXXArrayElements返回的指针。如果必要的话，这个释放函数会复制你做的任何变化（这样它们就反射到java数组），然后释放所有相关的资源。

为了使用java对象的数组，你必须使用GetObjectArrayElement函数和SetObjectArrayElement函数，分别去get，set数组的元素。GetArrayLength函数会返回数组的长度。

 4.6 jni创建引用

.

4.7缓存 ID

访问 Java 层字段或方法时，需要先利用字段名 / 方法名和描述符进行检索，获得 jfieldID / jmethodID。这个检索过程比较耗时，优化方法是将字段 ID 和方法 ID 缓存起来，减少重复检索。

提示： 从不同线程中获取同一个字段或方法 的 ID 是相同的，缓存 ID 不会有多线程问题。

缓存字段 ID 和 方法 ID 的方法主要有 2 种：

⑴使用时缓存： 使用时缓存是指在首次访问字段或方法时，将字段 ID 或方法 ID 存储在静态变量中。这样将来再次调用本地方法时，就不需要重复检索 ID 了

⑵类初始化时缓存： 静态初始化时缓存是指在 Java 类初始化的时候，提前缓存字段 ID 和方法 ID。可以选择在 JNI_OnLoad 方法中缓存，也可以在加载 so 库后调用一个 native 方法进行缓存。

两种缓存 ID 方式的主要区别在于缓存发生的时机和时效性：

⑴时机不同： 使用时缓存是延迟按需缓存，只有在首次访问 Java 时才会获取 ID 并缓存，而类初始化时缓存是提前缓存；

⑵时效性不同： 使用时缓存的 ID 在类卸载后失效，在类卸载后不能使用，而类加载时缓存在每次加载 so 动态库时会重新更新缓存，因此缓存的 ID 是保持有效的。

4.8案例实战

上面我们在实现setValueOfNumByJNI()时，可以看到c++里面的方法名很长Java_com_example_mynativiedemo_MainActivity_setValueOfNumByJNI，这是jni静态注册的方式，按照jni规范的命名规则进行查找，格式为Java_类路径_方法名，这种方式在应用层开发用的比较广泛，因为Android Studio默认就是用这种方式，而在framework当中几乎都是采用动态注册的方式来实现java和c/c++的通信。比如之前研究过的《Android MediaPlayer源码分析》，里面就是采用的动态注册的方式。

在Android中，当程序在Java层运行System.loadLibrary("fmfjni");这行代码后，程序会去载入libfmfjni.so文件。于此同时，产生一个Load事件，这个事件触发后，程序默认会在载入的.so文件的函数列表中查找JNI_OnLoad函数并执行，与Load事件相对，在载入的.so文件被卸载时，Unload事件被触发。此时，程序默认会去载入的.so文件的函数列表中查找JNI_OnLoad函数并执行，然后卸载.so文件。因此开发者经常会在JNI_OnLoad中做一些初始化操作，动态注册就是在这里进行的，使用env->RegisterNatives(clazz, gMethods, numMethods)

参数1：Java对应的类

参数2：JNINativeMethod数组

 参数3：JNINativeMethod数组的长度，也就是要注册的方法的个数

typedef struct { const char* name; //java中要注册的native方法名 const char* signature;//方法签名 void* fnPtr;//对应映射到C/C++中的函数指针 } JNINativeMethod; 

相比静态注册，动态注册的灵活性更高，如果修改了native函数所在类的包名或类名，仅调整native函数的签名信息即可。上述案例改为动态注册，java代码不需要更改，只需要更改native代码

MainActivity

class MainActivity : AppCompatActivity() { private lateinit var binding: ActivityMainBinding private var testJniCpp3: TextView?=null override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) { super.onCreate(savedInstanceState) binding = ActivityMainBinding.inflate(layoutInflater) setContentView(binding.root) testJniCpp3 = binding.testJniCpp3 testJniCpp3?.setOnClickListener { try { setValueOfNumByJNI() } catch (e: Throwable) { e.printStackTrace() Log.d(MainActivity.TAG, "native error: " + e.message) } } } external fun setValueOfNumByJNI() }

fmf_jni.cpp

/ * 尽管java中的setValueOfNumByJNI()方法没有参数，但cpp中仍然有两个参数， * 参数一：JNIEnv* env表示指向可用JNI函数表的接口指针，所有跟jni相关的操作都需要通过env来完成 * 参数二：jobject是调用该方法的java对象，这里是MainActivity调用的，所以thiz代表MainActivity * 方法名：Java_包名_类名_方法名 * */ extern "C" JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_mynativiedemo_MainActivity_setValueOfNumByJNI(JNIEnv *env, jobject thiz) { //todo 获取MainActivity的class对象 jclass clazz = env->GetObjectClass(thiz); //todo 获取MainActivity中num变量id //todo 参数1：clazz=MainActivity的class对象 参数2：变量名称"num" 参数3：变量类型"I"， jfieldID numFieldId = env->GetFieldID(clazz,"num","I"); //todo 根据变量id获取num的值 jint oldValue = env->GetIntField(thiz,numFieldId); //todo 将num变量的值+1 env->SetIntField(thiz,numFieldId,oldValue+1); //todo 重新获取MainActivity中num变量值 jint num = env->GetIntField(thiz,numFieldId); //todo 获取MainActivity的TextView testJniCpp3 变量id jfieldID tvFieldId = env->GetFieldID(clazz,"testJniCpp3", "Landroid/widget/TextView;"); //todo 根据变量id获取textview对象 jobject tvObject = env->GetObjectField(thiz,tvFieldId); //todo 获取textview的class对象 jclass tvClass = env->GetObjectClass(tvObject); //获取TextView的setText方法ID //todo 参数1：textview的class对象tvClass 参数2：方法名称"setText" 参数3：方法参数类型和返回值类型 "([CII)V" jmethodID methodId = env->GetMethodID(tvClass,"setText", "([CII)V"); //获取setText(CharSequence text)所需的参数 //先将num转化为jstring char buf[64]; sprintf(buf,"%d",num); jstring pJstring = env->NewStringUTF(buf); const char* value = env->GetStringUTFChars(pJstring,JNI_FALSE); //创建一个char类型的数组，长度为字符串num的长度 jcharArray charArray = env->NewCharArray(strlen(value)); //开辟jchar内存空间 void* pVoid = calloc(strlen(value),sizeof(jchar)); jchar* pArray = (jchar *)pVoid; //将num的值缓冲到内存空间中 for (int i = 0; i < strlen(value); ++i){ LOGE("value+i=%p",value+i); LOGE("*(value+i)=%c",*(value+i)); //给数组的每个角标存储元素值 *(pArray+i) = *(value+i); } //将缓冲的值写入到char数组charArray 中 env->SetCharArrayRegion(charArray,0, strlen(value),pArray); //调用setText方法 env->CallVoidMethod(tvObject,methodId,charArray,0,env->GetArrayLength(charArray)); //释放资源 env->ReleaseCharArrayElements(charArray, env->GetCharArrayElements(charArray, JNI_FALSE), 0); free(pArray); pArray = NULL; }

五:JNI 中的对象引用管理

5.1 Java 和 C/C++ 中对象内存回收区别（重点理解）

在讨论 JNI 中的对象引用管理，我们先回顾一下 Java 和 C/C++ 在对象内存回收上的区别：

Java： 对象在堆 / 方法区上分配，由垃圾回收器扫描对象可达性进行回收。如果使用局部变量指向对象，在不再使用对象时可以手动显式置空，也可以等到方法返回时自动隐式置空。如果使用全局变量（static）指向对象，在不再使用对象时必须手动显式置空。

C/C++： 栈上分配的对象会在方法返回时自动回收，而堆上分配的对象不会随着方法返回而回收，也没有垃圾回收器管理，因此必须手动回收（free/delete）。

而 JNI 层作为 Java 层和 C/C++ 层之间的桥接层，那么它就会兼具两者的特点：

局部 Java 对象引用： 在 JNI 层可以通过 NewObject 等函数创建 Java 对象，并且返回对象的引用，这个引用就是 Local 型的局部引用。对于局部引用，可以通过 DeleteLocalRef 函数手动显式释放（这类似于在 Java 中显式置空局部变量），也可以等到函数返回时自动释放（这类似于在 Java 中方法返回时隐式置空局部变量）；

全局 Java 对象引用： 由于局部引用在函数返回后一定会释放，可以通过 NewGlobalRef 函数将局部引用升级为 Global 型全局变量，这样就可以在方法使用对象（这类似于在 Java 中使用 static 变量指向对象）。在不再使用对象时必须调用 DeleteGlobalRef 函数释放全局引用（这类似于在 Java 中显式置空 static 变量）。

提示： 我们这里所说的 ”置空“ 只是将指向变量的值赋值为 null，而不是回收对象，Java 对象回收是交给垃圾回收器处理的。

5.2 JNI 中的三种引用

⑴局部引用：

局部引用可以直接使用：NewLocalRef来创建，虽然局部引用可以在跳出作用域后被回收，但是还是希望在不使用的时候调用DeleteLocalRef来手动回收掉。

大部分 JNI 函数会创建局部引用，局部引用只有在创建引用的本地方法返回前有效，也只在创建局部引用的线程中有效。在方法返回后，局部引用会自动释放，也可以通过 DeleteLocalRef 函数手动释放；

⑵全局引用：

局部引用要跨方法和跨线程必须升级为全局引用，全局引用通过 NewGlobalRef 函数创建，不再使用对象时必须通过 DeleteGlobalRef 函数释放。

全局引用，多个地方需要使用的时候就会创建一个全局的引用（NewGlobalRef方法创建），全局引用只有在显示调用DeleteGlobalRef的时候才会失效，不然会一直存在与内存中，这点一定要注意。

⑶弱全局引用：

弱引用与全局引用类似，区别在于弱全局引用不会持有强引用，因此不会阻止垃圾回收器回收引用指向的对象。弱全局引用通过 NewGlobalWeakRef 函数创建，不再使用对象时必须通过 DeleteGlobalWeakRef 函数释放。

弱引用可以使用全局声明的方式，区别在于：弱引用在内存不足或者紧张的时候会自动回收掉，可能会出现短暂的内存泄露，但是不会出现内存溢出的情况，建议不需要使用的时候手动调用DeleteWeakGlobalRef释放引用。

示例程序

// 局部引用 jclass localRefClz = env->FindClass("java/lang/String"); env->DeleteLocalRef(localRefClz); // 全局引用 jclass globalRefClz = env->NewGlobalRef(localRefClz); env->DeleteGlobalRef(globalRefClz); // 弱全局引用 jclass weakRefClz = env->NewWeakGlobalRef(localRefClz); env->DeleteGlobalWeakRef(weakRefClz);

5.3 JNI 引用的实现原理

在 JavaVM 和 JNIEnv 中，会分别建立多个表管理引用：

⑴JavaVM 内有 globals 和 weak_globals 两个表管理全局引用和弱全局引用。由于 JavaVM 是进程共享的，因此全局引用可以跨方法和跨线程共享；

⑵JavaEnv 内有 locals 表管理局部引用，由于 JavaEnv 是线程独占的，因此局部引用不能跨线程。另外虚拟机在进入和退出本地方法通过 Cookie 信息记录哪些局部引用是在哪些本地方法中创建的，因此局部引用是不能跨方法的。

5.4 比较引用是否指向相同对象

使用 JNI 函数 IsSameObject 判断两个引用是否指向相同对象（适用于三种引用类型），返回值为 JNI_TRUE 时表示相同，返回值为 JNI_FALSE 表示不同。

示例程序

jclass localRef = ... jclass globalRef = ... bool isSampe = env->IsSamObject(localRef, globalRef）

当引用与 NULL 比较时含义略有不同：

• 局部引用和全局引用与 NULL 比较： 用于判断引用是否指向 NULL 对象；
• 弱全局引用与 NULL 比较： 用于判断引用指向的对象是否被回收。

六:JNI 中的异常处理

6.1 JNI 的异常处理机制（重点理解）

JNI 中的异常机制与 Java 和 C/C++ 的处理机制都不同：

void updateName(String name) throws Exception { this.name = name; Log.d("HelloJni","你成功调用了HelloCallBack的方法：updateName"); throw new Exception("dead"); } 

示例程序

struct JNINativeInterface { // 抛出异常 jint (*ThrowNew)(JNIEnv *, jclass, const char *); // 检查异常 jthrowable (*ExceptionOccurred)(JNIEnv*); // 检查异常 jboolean (*ExceptionCheck)(JNIEnv*); // 清除异常 void (*ExceptionClear)(JNIEnv*); };

MainActivity.kt

class MainActivity : AppCompatActivity() { override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) { super.onCreate(savedInstanceState) val person = Person("方明飞", 30) jni_native_handle_exception(person) //在java层捕获native层抛出的异常 try{ native_throw_exception_toJava_handle(person) }catch ( e:Exception){ e.printStackTrace(); Log.d(MainActivity.TAG, "java层捕获native层抛出的异常:" + e.message) } } }

  Person.java

public class Person { private String name; private int age; public Person() { } public Person(String name, int age) { this.name = name; this.age = age; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public int getAge() { return age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } @Override public String toString() { return "Person{" + "name='" + name + '\'' + ", age=" + age + '}'; } }

  fmf_jni.cpp

 / * native层自行处理异常 * * */ extern "C" JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_mynativiedemo_MainActivity_jni_1native_1handle_1exception(JNIEnv *env, jobject thiz,jobject person) { //todo 获取Person的class对象 jclass j_class = env->GetObjectClass(person); //获取Person的getName()方法ID //todo 参数1：Person的class对象j_class 参数2：方法名称"getName" 参数3：方法参数类型和返回值类型 "()Ljava/lang/String;" jmethodID j_methodId = env->GetMethodID(j_class,"getAge2", "()I"); jboolean hasException =env->ExceptionCheck(); if(hasException==JNI_TRUE){ //打印异常，同Java中的printExceptionStack; env->ExceptionDescribe(); //清除当前异常 env->ExceptionClear(); LOGD("native occur a error itself handle "); }else{ LOGE("ok"); } } / * native层抛出异常给Java层处理： * */ extern "C" JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_mynativiedemo_MainActivity_native_1throw_1exception_1toJava_1handle(JNIEnv *env, jobject thiz, jobject person) { //todo 获取Person的class对象 jclass j_class = env->GetObjectClass(person); //获取Person的getName()方法ID //todo 参数1：Person的class对象j_class 参数2：方法名称"getName" 参数3：方法参数类型和返回值类型 "()Ljava/lang/String;" jmethodID j_methodId = env->GetMethodID(j_class,"getName2", "()Ljava/lang/String;" ); /*检测是否有异常*/ jthrowable throwable = env->ExceptionOccurred(); if(throwable){ //打印异常，同Java中的printExceptionStack; env->ExceptionDescribe(); //todo 清除当前异常 否则会崩溃 env->ExceptionClear(); /* 抛出异常给java层，让Java层去铺货处理 */ jclass exceptionClz = env->FindClass("java/lang/Exception"); std::string header = "找不到该方法getName2"; env->ThrowNew(exceptionClz, header.c_str() ); //抛完异常后必须清除异常，否则会导致VM崩溃 //env->ExceptionClear(); //todo 如果把这行代码注释掉了,就必须在java层try-catch 捕获native层抛出的异常 LOGD("native occur a error throw to java handle "); return; } jobject object = env->CallObjectMethod(person,j_methodId); jstring name = static_cast<jstring>(object); const char* nameString = env->GetStringUTFChars(name,JNI_FALSE); jsize nameSize = env->GetStringLength(name); LOGD("the name is %s, the name size is %d", nameString, nameSize); } 

6.2 检查是否发生异常的方式

异常处理的步骤我懂了，由于虚拟机在遇到 ThrowNew 时不会中断当前执行流程，那我怎么知道当前已经发生异常呢？有 2 种方法：

方法 1： 通过函数返回值错误码，大部分 JNI 函数和库函数都会有特定的返回值来标示错误，例如 -1、NULL 等。在程序流程中可以多检查函数返回值来判断异常。

方法 2： 通过 JNI 函数 ExceptionOccurred 或 ExceptionCheck 检查当前是否有异常发生。

七. JNI 与多线程

7.1 不能跨线程的引用

在 JNI 中，有 2 类引用是无法跨线程调用的，必须时刻谨记：

⑴JNIEnv： JNIEnv 只在所在的线程有效，在不同线程中调用 JNI 函数时，必须使用该线程专门的 JNIEnv 指针，不能跨线程传递和使用。通过 AttachCurrentThread 函数将当前线程依附到 JavaVM 上，获得属于当前线程的 JNIEnv 指针。如果当前线程已经依附到 JavaVM，也可以直接使用 GetEnv 函数。

JNIEnv * env_child; vm->AttachCurrentThread(&env_child, nullptr); // 使用 JNIEnv* vm->DetachCurrentThread();

⑵局部引用： 局部引用只在创建的线程和方法中有效，不能跨线程使用。可以将局部引用升级为全局引用后跨线程使用。

// 局部引用 jclass localRefClz = env->FindClass("java/lang/String"); // 释放全局引用（非必须） env->DeleteLocalRef(localRefClz); // 局部引用升级为全局引用 jclass globalRefClz = env->NewGlobalRef(localRefClz); // 释放全局引用（必须） env->DeleteGlobalRef(globalRefClz);

7.2 监视器同步

在 JNI 中也会存在多个线程同时访问一个内存资源的情况，此时需要保证并发安全。在 Java 中我们会通过 synchronized 关键字来实现互斥块（背后是使用监视器字节码），在 JNI 层也提供了类似效果的 JNI 函数：

⑴MonitorEnter： 进入同步块，如果另一个线程已经进入该 jobject 的监视器，则当前线程会阻塞；

⑵MonitorExit： 退出同步块，如果当前线程未进入该 jobject 的监视器，则会抛出 IllegalMonitorStateException 异常。

jni.h

struct JNINativeInterface { jint (*MonitorEnter)(JNIEnv*, jobject); jint (*MonitorExit)(JNIEnv*, jobject); }

示例程序

// 进入监视器 if (env->MonitorEnter(obj) != JNI_OK) { // 建立监视器的资源分配不成功等 } // 此处为同步块 if (env->ExceptionOccurred()) { // 必须保证有对应的 MonitorExit，否则可能出现死锁 if (env->MonitorExit(obj) != JNI_OK) { ... }; return; } // 退出监视器 if (env->MonitorExit(obj) != JNI_OK) { ... };

7.3 等待与唤醒

JNI 没有提供 Object 的 wati/notify 相关功能的函数，需要通过 JNI 调用 Java 方法的方式来实现：

示例程序

static jmethodID MID_Object_wait; static jmethodID MID_Object_notify; static jmethodID MID_Object_notifyAll; void JNU_MonitorWait(JNIEnv *env, jobject object, jlong timeout) { env->CallVoidMethod(object, MID_Object_wait, timeout); } void JNU_MonitorNotify(JNIEnv *env, jobject object) { env->CallVoidMethod(object, MID_Object_notify); } void JNU_MonitorNotifyAll(JNIEnv *env, jobject object) { env->CallVoidMethod(object, MID_Object_notifyAll); }

7.4 创建线程的方法

在 JNI 开发中，有两种创建线程的方式：

⑴ 方法 1 – 通过 Java API 创建： 使用我们熟悉的 Thread#start() 可以创建线程，优点是可以方便地设置线程名称和调试；

⑵ 方法 2 – 通过 C/C++ API 创建： 使用 pthread_create() 或 std::thread 也可以创建线程

示例程序

void *thr_fn(void *arg) { printids("new thread: "); return NULL; } int main(void) { pthread_t ntid; // 第 4 个参数将传递到 thr_fn 的参数 arg 中 err = pthread_create(&ntid, NULL, thr_fn, NULL); if (err != 0) { printf("can't create thread: %s\n", strerror(err)); } return 0; }

八. 通用 JNI 开发模板

下面给出一个简单的 JNI 开发模板，将包括上文提到的一些比较重要的知识点。

程序逻辑很简单：Java 层传递一个媒体文件路径到 Native 层后，由 Native 层播放媒体并回调到 Java 层。为了程序简化，所有真实的媒体播放代码都移除了，只保留模板代码。

⑴Java 层： 由 start() 方法开始，调用 startNative() 方法进入 Native 层；

⑵Native 层： 创建 MediaPlayer 对象，其中在子线程播放媒体文件，并通过预先持有的 JavaVM 指针获取子线程的 JNIEnv 对象回调到 Java 层 onStarted() 方法。

九:静态注册 JNI 函数

9.1 静态注册使用方法

静态注册采用的是基于「约定」的命名规则，通过 javah 可以自动生成 native 方法对应的函数声明（IDE 会智能生成，不需要手动执行命令）。例如：

HelloWorld.java(在Java中声明native方法)

package com.xurui.hellojni; public class HelloWorld { public native void sayHi(); } 

native-lib.cpp(在native层新建一个C/C++文件,并创建对应的方法)

extern "C" JNIEXPORT void JNICALL Java_com_xurui_hellojni_HelloWorld_sayHi(JNIEnv *env, jobject thiz) { LOGD("%s", "Java 调用 Native 方法 sayHi：HelloWorld!"); }

静态注册的命名规则分为「无重载」和「有重载」2 种情况：无重载时采用「短名称」规则，有重载时采用「长名称」规则。

短名称规则（short name）： Java_[类的全限定名 (带下划线)]_[方法名] ，其中类的全限定名中的 . 改为 _ ；

长名称规则（long name）： 在短名称的基础上后追加两个下划线（__）和参数描述符，以区分函数重载。

这里解释下为什么有重载的时候要拼接参数描述符的方式来呢？因为 C 语言是没有函数重载的，无法根据参数来区分函数重载，所以才需要拼接后缀来消除重载。

 9.2 静态注册原理分析

现在，我们来分析下静态注册匹配 JNI 函数的执行过程。由于没有找到直接相关的资料和函数调用入口，我是以 loadLibrary() 加载 so 库的执行流程为线索进行分析的，最终定位到 FindNativeMethod() 这个方法，从内容看应该没错。

十. 动态注册 JNI 函数

静态注册是在首次调用 Java native 方法时搜索对应的 JNI 函数，而动态注册则是提前手动建立映射关系，并且不需要遵守静态注册的 JNI 函数命名规则。

10.1 动态注册使用方法

动态注册需要使用 RegisterNatives(...) 函数，jni注册native方法,其定义在 jni.h 文件中：

jni.h

struct JNINativeInterface { // 注册 // 参数二：Java Class 对象的表示 // 参数三：JNINativeMethod 结构体数组 // 参数四：JNINativeMethod 结构体数组长度 jint (*RegisterNatives)(JNIEnv*, jclass, const JNINativeMethod*, jint); // 注销 // 参数二：Java Class 对象的表示 jint (*UnregisterNatives)(JNIEnv*, jclass); }; typedef struct { const char* name; // Java 方法名 const char* signature; // Java 方法描述符 void* fnPtr; // JNI 函数指针 } JNINativeMethod; 

10.2 动态注册原理分析

RegisterNatives 方式的本质是直接通过结构体指定映射关系，而不是等到调用 native 方法时搜索 JNI 函数指针，因此动态注册的 native 方法调用效率更高。此外，还能减少生成 so 库文件中导出符号的数量，则能够优化 so 库文件的体积。更多信息见 Android 对 so 体积优化的探索与实践 中 “精简动态符号表” 章节。

10.3. 注册 JNI 函数的时机

注册 JNI 函数的时机，主要分为 3 种：

10.4. 总结

静态注册和动态注册的区别：

⑴静态注册基于命名约定建立映射关系，而动态注册通过 JNINativeMethod 结构体建立映射关系；

⑵ 静态注册在首次调用该 native 方法搜索并建立映射关系，而动态注册会在调用该 native 方法前建立映射关系；

⑶ 静态注册需要将所有 JNI 函数暴露到动态符号表，而动态注册不需要暴露到动态符号表，可以精简 so 文件体积。

(4)动态注册和静态注册最终都可以将native方法注册到虚拟机中，推荐使用动态注册，更不容易写错，静态注册每次增加一个新的方法都需要查看原函数类的包名。

10.5  静态注册和动态注册的案例

      见我的项目工程:MyJniNativeStudyDemo的模块:JniDynamicRegistrantionDemo

十一:NDK实战

1.native层调用Java层的类的字段和方法

2.native层调用第三方so库的api

  见我的项目工程:MyJniNativeStudyDemo的模块:thirdsoCall