JNI学习(一)

什么是JNI？

JNI(java Native Interface)java本地接口，是为方便java调用C或者C++等本地的代码所封装的一层接口。由于java的跨平台性导致本地交互能力不好，一些和操作系统相关的特性Java无法完成，于是Java提供了JNI专门用于和本地代码交互

什么是NDK?

NDK(Native Development Kit)本地开发工具链，是Android提供的一个工具合集，帮助开发者快速开发C(或C++)的动态库，并能自动将.so和java应用一起打包成apk。NDK集成了交叉编译器(交叉编译器需要UNIX或LINUX系统环境)，并提供了相应的mk文件或CMake文件隔离cpu、平台、ABI等差异，开发人员只需要简单修改mk文件或CMake文件(指出"哪些文件需要编译"、"编译特性要求"等)，就可以创建出.so。

什么是ABI？

ABI(Application binary interface)应用程序二进制接口。不同CPU与指令集的每种组合都有定义的ABI(应用程序而进程接口)，一段程序只有遵循这个接口规范才能在该CPU上运行，所以同样的程序代码为了兼容多个不同的cpu，需要为不同的ABI构建不同的库文件。当然对于CPU来说，不同的构建并不意味着一定互不兼容。

armeabi设备只兼容armeabi；
armeabi-v7a设备兼容armeabi-v7a、armeabi；
arm64-v8a设备兼容arm64-v8a、armeabi-v7a、armeabi；
X86设备兼容X86、armeabi；
X86_64设备兼容X86_64、X86、armeabi；
mips64设备兼容mips64、mips；
mips只兼容mips；

Android的应用层的类都是以java写的，这些java类编译为Dex型式的字节码之后，必须依靠Dalvik虚拟机来运行，在Android中Dalvik虚拟机中扮演很重要的角色。而Android中间件是由C/C++写的，这些C/C++写的组件并不是在Dalvik虚拟机上运行的，一旦使用JNI，JAVA程序就丧失了JAVA平台的两个优点：
1、程序不再跨平台。要想跨平台，必须在不同的系统环境下重新编译本地语言部分。
2、程序不再是绝对安全的，本地代码的不当使用可能导致整个程序崩溃。一个通用规则是，你应该让本地方法集中在少数及各类中。这样就降低了Java和C之间的耦合性。

库的加载

在Android中提供了System.loadLibrary()或者System.load()来加载库。那这两个方法有啥区别呢？
System.load的参数必须为库文件的绝对路径，可以是任意路径，例如：System.load(“usr/lib.TestJNI.so”)
System.loadLibrary()方法的参数为库文件名，不包含库文件的扩展名。例如：System.loadLibrary(“TestJNI”);

需要注意的是，如果.so动态库不存在时，会抛出couldn’t find "libxxx.so"异常

    load library error=dalvik.system.PathClassLoader[DexPathList[[
    zip file "/data/app/com.frank.ffmpeg/base.apk"],
    nativeLibraryDirectories=[/data/app/com.frank.ffmpeg/lib/arm64,
    data/app/com.frank.ffmpeg/base.apk!/lib/arm64-v8a,/system/lib64, /vendor/lib64, /product/lib64]]]
    couldn't find "libhello.so"

如果期待加载的是64bit的库，却加载到32bit的，会报错如下：

java.lang.UnsatisfiedLinkError: dlopen failed: “xxx.so” is 32-bit instead of 64-bit

动态注册与静态注册

java层调用带native关键字的JNI方法，需要注册java层与native层的对应关系，有静态注册和动态注册两种方式。静态注册一般是应用层使用，绑定包名+类名+方法名，在调用JNI方法时，通过类加载器查找对应的函数。动态注册一般是当Java通过System.load加载完JNI动态库后，紧接着会调用JNI_OnLoad，当JNI_OnLoad回调时，把JNINativeMethod注册到函数表。

静态注册

Android 提供了两种开发jni的方式 1、用.mk文件的方式进行JNI开发
2、用CMake的方式进行JNI开发

mk文件方式静态注册的步骤：

1、创建JNIDemo工程，编写java类，例如：TextDemo.java
2、在命令行下输入javac TextDemo.java 生成TextDemo.class文件
3、在TextDemo.class目录下通过 javah -jni 包名.TextDemo(全类名)生成包名_TextDemo.h文件
4、在app目录下新建jni文件夹，在jin文件夹下创建test.c文件
5、编写test.c文件，并拷贝包名_TextDemo.h下的函数，并实现这些函数，且在其中添加jni.h头文件。
6、在jni文件夹下创建Android.mk文件，并在Android.mk文件中指定要生成的so库名称以及要使用的test.c源文件
7、在app目录下执行ndk-build命令生成对应的so文件‘
8 、在AndroidStudio里面配置ndk的路径以及so所在的目录，在local.properties文件里面添加ndk的路径：ndk.dir=E:\sdk\ndk-bundle
在build.gradle文件的buildType标签里面添加：

   	//放在libs目录中
       sourceSets.main{
            {
               jniLibs.srcDirs = ['libs']
           }
       }

9、运行so库。
.mk方式加载so可参考博客

Cmake方式静态注册的步骤

1、创建JNIDemo工程，编写java类，例如：TextDemo.java
2、在命令行下输入javac TextDemo.java 生成TextDemo.class文件
3、在TextDemo.class目录下通过 javah -jni 包名.TextDemo(全类名)生成包名_TextDemo.h文件
4、在app目录下新建jni文件夹，在jin文件夹下创建test.c文件
5、编写test.c文件，并拷贝包名_TextDemo.h下的函数，并实现这些函数，且在其中添加jni.h头文件。
6、在jni文件夹下创建CMakeLists.txt文件，并在CMakeLists.txt文件中指定要生成的so库名称以及要使用的test.c源文件
7、在build.gradle文件中添加cmkeLists.text文件的路径，如下：

externalNativeBuild {
        cmake {
            path file('jni/CMakeLists.txt')
            version '3.22.1'
        }
    }

8、运行so库。
因为CMake是跨平台的构建工具，对JNI开发来说有比较明显的优点就是：1、编写C代码有提示，2、自动搜索正在构建的软件可能需要的程序、库和头文件的能力，3、能够为自动生成的文件创建复杂的自定义命令，其他的高级特性可自行搜索

通过上面两种方式我们可以先熟悉一下开发JNI的流程。接下来我们看一下静态注册生成的.h文件和.c文件

com_example_jnidemo_TextDemo.h

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class com_example_jnidemo_TextDemo */

#ifndef _Included_com_example_jnidemo_TextDemo
#define _Included_com_example_jnidemo_TextDemo
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     com_example_jnidemo_TextDemo
 * Method:    getText
 * Signature: ()Ljava/lang/String;
 */
JNIEXPORT jstring
 JNICALL Java_com_example_jnidemo_TextDemo_getText
  (JNIEnv *, jobject);

/*
 * Class:     com_example_jnidemo_TextDemo
 * Method:    setText
 * Signature: (Ljava/lang/String;)V
 */
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_jnidemo_TextDemo_setText
  (JNIEnv *, jobject, jstring);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

在这里插入代码片
test.c
#include <jni.h>
#include "com_example_jnidemo_TextDemo.h"
#include <string.h>
#include <android/log.h>

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_example_jnidemo_TextDemo_getText
  (JNIEnv *env, jobject this){
//参数一是日志级别，参数二是日志TAG，参数三就是日志内容
    __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, "test", "invoke get from C\n");
    return (*env)->NewStringUTF(env, "Hello world from c  !");
  }

  JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_jnidemo_TextDemo_setText
    (JNIEnv *env, jobject this, jstring string){
__android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, "test", "invoke set from C\n");
    char* str = (char*)(*env)->GetStringUTFChars(env,string,NULL);
    __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, "test", "%s\n", str);
    (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, string, str);
    }

可以看到静态注册是根据函数名来建立java方法和JNI函数间的一一对应关系。
静态注册的弊端：
1、后期类名、文件名改动，头文件所有函数将失效，需要手动改，超级麻烦易出错
2、代码编写不方便，由于JNI层函数的名字必须遵循特定的格式，且名字特别长
3、会导致程序员的工作量很大，因为必须为所有声明了native函数的java类编写JNI头文件
4、程序运行效率低，因为初次调用native函数时需要根据函数名在JNI层中搜索对应的本地函数，然后建立对应关系，这个过程比较耗时。