JNI（Java Native Interface）

2021-12-16 20:51:02

一、JNI（Java Native Interface）

1、什么是JNI：

JNI(Java Native Interface):java本地开发接口

JNI是一个协议，这个协议用来沟通java代码和外部的本地代码(c/c++)

外部的c/c++代码也可以调用java代码

2、为什么使用JNI：

效率上 C/C++是本地语言，比java更高效

代码移植，如果之前用C语言开发过模块，可以复用已经存在的c代码

java反编译比C语言容易，一般加密算法都是用C语言编写，不容易被反编译

3、Java基本数据类型与C语言基本数据类型的对应

4、引用类型对应

5、堆内存和栈内存的概念

栈内存：系统自动分配和释放，

保存全局、静态、局部变量，

在站上分配内存叫静态分配，

大小一般是固定的

堆内存：程序员手动分配(malloc/new)和释放(free/java不用手动释放，由GC回收)，

在堆上分配内存叫动态分配，

一般硬件内存有多大堆内存就有多大

二、交叉编译

1、交叉编译的概念

交叉编译即在一个平台，编译出另一个平台能够执行的二进制代码

主流平台有： Windows、 Mac os、 Linux

主流处理器： x86、 arm、 mips

2、交叉编译的原理

即在一个平台上，模拟其他平台的特性

编译的流程：源代码-->编译-->链接-->可执行程序

3、交叉编译的工具链

多个工具的集合，一个工具使用完后接着调用下一个工具

4、常见的交叉编译工具

NDK(Native Development Kit): 开发JNI必备工具，就是模拟其他平台特性类编译代码的工具

CDT(C/C++ Development Tools): 是Eclipse开发C语言的一个插件，高亮显示C语言的语法

Cygwin: 一个Windows平台的Unix模拟器（可以参考之前博客Cygwin简介及使用）

5、NDK的目录结构（可以在Google官网下载NDK开发工具，需要FQ）

docs: 帮助文档

build/tools：linux的批处理文件

platforms：编译c代码需要使用的头文件和类库

prebuilt：预编译使用的二进制可执行文件

sample：jni的使用例子

source：ndk的源码

toolchains：工具链

ndk-build.cmd:编译打包c代码的一个指令，需要配置系统环境变量

三、JNI的第一个例子

好了，准备知识已经完毕，下面开始我们的一个JNI例子。

1、新建一个Android项目，在根目录下创建 jni文件夹，用于存放 C源码。

2、在java代码中，创建一个本地方法 getStringFromC 本地方法没有方法体。

private native String getStringFromC();

　　3、在jni中创建一个C文件，定义一个函数实现本地方法，函数名必须用使用本地方法的全类名，点改为下划线。

 1 #include <stdio.h>

 2 #include <stdlib.h>

 3 #include <jni.h>

 4 //方法名必须为本地方法的全类名点改为下划线，穿入的两个参数必须这样写，

 5 //第一个参数为Java虚拟机的内存地址的二级指针，用于本地方法与java虚拟机在内存中交互

 6 //第二个参数为一个java对象，即是哪个对象调用了这个 c方法

 7 jstring Java_com_mwp_jnihelloworld_MainActivity_getStringFromC(JNIEnv* env,

 8                                                                jobject obj){

 9     //定义一个C语言字符串

10     char* cstr = "hello form c";

11     //返回值是java字符串，所以要将C语言的字符串转换成java的字符串

12     //在jni.h 中定义了字符串转换函数的函数指针

13     //jstring   (*NewStringUTF)(JNIEnv*, const char*);

14     //第一种方法：很少用

15     jstring jstr1 = (*(*env)).NewStringUTF(env, cstr);

16     //第二种方法，推荐

17     jstring jstr2 = (*env) -> NewStringUTF(env, cstr);

18     return jstr2;

19 }

4、在jni中创建 Android.mk文件，用于配置本地方法

 LOCAL_PATH := $(call my-dir)

    include $(CLEAR_VARS)

    #编译生成的文件的类库叫什么名字

    LOCAL_MODULE    := hello

    #要编译的c文件

    LOCAL_SRC_FILES := Hello.c

    include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

　　 5、在jni目录下执行 ndk-build.cmd指令，编译c文件

6、在java代码中加载编译后生成的so类库，调用本地方法，将项目部署到虚拟机上之后就会发现toast弹出的C代码定义的字符串，第一个例子执行成功了。

static{

        //加载打包完毕的 so类库

        System.loadLibrary("hello");

    }

7、jni打包的C语言类库默认仅支持 arm架构，需要在jni目录下创建 Android.mk 文件添加如下代码可以支持x86架构

APP_ABI := armeabi armeabi-v7a x86

四、JNI常见错误

1、findLibrary returned null:

CPU平台不匹配或者在加载类库时，类库名字写错了

2、本地方法找不到：

忘记加载类库了或者 C代码中方法名写错了

五、javah工具与javap工具

1、javah: 生成本地方法头文件

需要在C/C++模块下才能生效

在JDK1.7中，在src目录下执行javah 全类名

在JDK1.6中，在bin/classes目录下执行

2、javap: 打印方法签名

在C语言中调用java的方法需要用到反射，C语言的反射需要一个方法签名，使用javap能够生成方法签名，很熟练的话也可以自己写方法签名

在bin/classes目录下执行 javap -s 全类名

六、使用本地方法加密字符串的一个小例子

C语言字符串与Java中的字符串类型不同，所以需要进行字符串类型转换。

一个重要的思想：C语言计算字符串的长度不方便，但是java很方便，只需要调用一个length()方法就可以，所以像这种需求，那个语言有优势就用哪个语言算，算完当做参数传递给另一种语言就ok。

混合语言编程这应该是一种非常有用的思想。

Java非常容易被反编译，所以加密都是用 c语言写的

#include <jni.h>

#include <string.h>

//将java字符串转换为c语言字符串（工具方法）

char*   Jstring2CStr(JNIEnv*   env,   jstring   jstr)

{

     char*   rtn   =   NULL;

     jclass   clsstring   =   (*env)->FindClass(env,"java/lang/String");

     jstring   strencode   =   (*env)->NewStringUTF(env,"GB2312");

     jmethodID   mid   =   (*env)->GetMethodID(env,clsstring,   "getBytes",   "(Ljava/lang/String;)[B");

     jbyteArray   barr=   (jbyteArray)(*env)->CallObjectMethod(env,jstr,mid,strencode); // String .getByte("GB2312");

     jsize   alen   =   (*env)->GetArrayLength(env,barr);

     jbyte*   ba   =   (*env)->GetByteArrayElements(env,barr,JNI_FALSE);

     if(alen   >   0)

     {

      rtn   =   (char*)malloc(alen+1);         //"\0"

      memcpy(rtn,ba,alen);

      rtn[alen]=0;

     }

     (*env)->ReleaseByteArrayElements(env,barr,ba,0);  //

     return rtn;

}

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_mwp_encodeanddecode_MainActivity_encode

  (JNIEnv * env, jobject obj, jstring text, jint length){

      char* cstr = Jstring2CStr(env, text);

      int i;

      for(i = 0;i<length;i++){

          *(cstr+i) += 1; //加密算法，将字符串每个字符加1

      }

      return (*env)->NewStringUTF(env,cstr);

}

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_mwp_encodeanddecode_MainActivity_decode

(JNIEnv * env, jobject obj, jstring text, jint length){

     char* cstr = Jstring2CStr(env, text);

     int i;

     for(i = 0;i<length;i++){

         *(cstr+i) -= 1;

     }

     return (*env)->NewStringUTF(env, cstr);

}

七、JNI操作一个数组（引用传递）

传递数组其实是传递一个堆内存的数组首地址的引用过去，所以实际操作的是同一块内存，

当调用完方法，不需要返回值,实际上参数内容已经改变，

Android中很多操作硬件的方法都是这种C语言的传引用的思路

 1 public class MainActivity extends Activity {

 2

 3     static{

 4         System.loadLibrary("encode");

 5     }

 6     int[] array = {1,2,3,4,5};

 7     @Override

 8     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

 9         super.onCreate(savedInstanceState);

10         setContentView(R.layout.activity_main);

11     }

12

13     public void click(View v){

14         encodeArray(array);

15         //不需要返回值，实际操作的是同一块内存，内容已经发生了改变

16         for (int i : array) {

17             System.out.println(i);

18         }

19     }

20

21     //传递数组其实是传递一个堆内存的数组首地址的引用过去，所以实际操作的是同一块内存，

22     //当调用完方法，不需要返回值,实际上参数内容已经改变，

23     //Android中很多操作硬件的方法都是这种C语言的传引用的思路，要非常熟练

24     private native void encodeArray(int[] arr);

25 }

 1 #include <jni.h>

 2 /*

 3  * Class:     com_mwp_jniarray_MainActivity

 4  * Method:    encodeArray

 5  * Signature: ([I)V

 6  */

 7 JNIEXPORT void JNICALL Java_com_mwp_jniarray_MainActivity_encodeArray

 8   (JNIEnv * env, jobject obj, jintArray arr){

 9      //拿到整型数组的长度以及第0个元素的地址

10      //jsize       (*GetArrayLength)(JNIEnv*, jarray);

11     int length = (*env)->GetArrayLength(env, arr);

12     // jint*       (*GetIntArrayElements)(JNIEnv*, jintArray, jboolean*);

13     int* arrp = (*env)->GetIntArrayElements(env, arr, 0);

14     int i;

15     for(i = 0;i<length;i++){

16         *(arrp + i) += 10; //将数组中的每个元素加10

17     }

18 }

八、美图秀秀的C语言本地类库加深JNI的理解

项目中不需要有c代码，只需要有一个编译过后的类库供Java调用就可以了。

将美图秀秀的apk文件解压缩，将lib目录下C类库导入自己的项目，

反编译美图秀秀的apk文件，将其本地方法类 JNI.java复制到自己的项目

根据本地方法名和参数猜函数的作用及如何使用，

下例调用了美图的一个LOMO美化效果

 1 public class MainActivity extends Activity {

 2

 3     static{

 4         //加载美图秀秀的类库

 5         System.loadLibrary("mtimage-jni");

 6     }

 7     private ImageView iv;

 8     private Bitmap bitmap;

 9     @Override

10     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

11         super.onCreate(savedInstanceState);

12         setContentView(R.layout.activity_main);

13

14         iv = (ImageView) findViewById(R.id.iv);

15

16         bitmap = BitmapFactory.decodeFile("sdcard/aneiyi.jpg");

17         iv.setImageBitmap(bitmap);

18     }

19

20     public void click(View v){

21

22         int width = bitmap.getWidth();

23         int height = bitmap.getHeight();

24

25         //用于保存所有像素信息的数组

26         int[] pixels = new int[width*height];

27         //获取图片的像素颜色信息，保存至pixels

28         bitmap.getPixels(pixels, 0, width, 0, 0, width, height);

29

30         JNI jni = new JNI();

31         //调用美图秀秀本地库中的美图方法，靠猜

32         //arg0:保存了所有像素颜色信息的数组

33         //arg1:图片的宽

34         //arg2:图片的高

35         //此方法是通过改变pixels的像素颜色值来实现美化效果，传递一个数组参数是不需要返回值的

36         jni.StyleLomoB(pixels, width, height);

37

38         Bitmap bmNew = Bitmap.createBitmap(pixels, width, height, bitmap.getConfig());

39         iv.setImageBitmap(bmNew);

40     }

41 }

九、在C语言中调用java方法（反射）

1、有时需要在C语言中调用java的方法，如刷新UI显示加载资源进度

在本地方法C语言代码中打印 Android的Logcat日志输出，Google已经帮我们封装好了方法，只需要调用一下就可以

如果要输出中文的话，必须将C语言的文件编码改成 utf-8,否则乱码

在C语言中调用java的方法需要用到反射，C语言的反射需要一个方法签名，使用javap能够生成方法签名，很熟练的话也可以自己写方法签名

在bin/classes目录下执行 javap -s 全类名

 1 public class MainActivity extends Activity {

 2     static{

 3         System.loadLibrary("hello");

 4     }

 5

 6     @Override

 7     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

 8         super.onCreate(savedInstanceState);

 9         setContentView(R.layout.activity_main);

10     }

11

12     public void click(View v){

13         cLog();

14     }

15

16     public native void cLog();

17

18     public void show(String message){

19         Builder builder = new Builder(this);

20         builder.setTitle("标题");

21         builder.setMessage(message);

22         builder.show();

23     }

24

25 }

#include <jni.h>

#include <android/log.h>

#define LOG_TAG "System.out"

#define LOGD(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, LOG_TAG, __VA_ARGS__)

#define LOGI(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, LOG_TAG, __VA_ARGS__)

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_mwp_ccalljava2_MainActivity_cLog

  (JNIEnv * env, jobject obj){

    //打印log输出

    LOGD("我是C语言打印的debug日志");

    LOGI("我是C语言打印的info日志");

    //通过反射来调用java的方法，需要知道方法签名，使用javap得到方法签名

    //在bin/classes目录下执行 javap -s 全类名

    //1、得到类的字节码对象

    //jclass      (*FindClass)(JNIEnv*, const char*);

    jclass clazz = (*env)->FindClass(env, "com/mwp/ccalljava2/MainActivity");

    //jmethodID   (*GetMethodID)(JNIEnv*, jclass, const char*, const char*);

    jmethodID methodID = (*env)->GetMethodID(env, clazz, "show", "(Ljava/lang/String;)V");

    //void        (*CallVoidMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...);

    (*env)->CallVoidMethod(env,obj,methodID, (*env)->NewStringUTF(env, "这是弹窗的内容"));

}

LOCAL_PATH := $(call my-dir)

include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_LDLIBS += -llog

LOCAL_MODULE    := hello

LOCAL_SRC_FILES := log.c

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

十、模拟监测压力传感器

传感器的原理是使用敏感电阻如（光敏电阻，热敏电阻）等监测电流电压的变化

Android程序只需要处理传感器传递的数据，并将其显示在界面上就可以。

下面模拟一个压力传感器来练习JNI编程

 1 public class MainActivity extends Activity {

 2     static{

 3         System.loadLibrary("monitor");

 4     }

 5     private MyProgressBar mpb;

 6     @Override

 7     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

 8         super.onCreate(savedInstanceState);

 9         setContentView(R.layout.activity_main);

10

11         mpb = (MyProgressBar) findViewById(R.id.mpb);

12         mpb.setMax(100);

13     }

14

15     public void start(View v){

16         new Thread(){

17             public void run() {

18                 startMonitor();

19             };

20         }.start();

21     }

22

23     public void stop(View v){

24         stopMonitor();

25     }

26

27     public native void startMonitor();

28     public native void stopMonitor();

29

30     //供本地方法调用刷新UI

31     public void show(int pressure){

32         mpb.setPressure(pressure);

33     }

34 }

#include <jni.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

//模拟压力传感其传递数据

int getPressure(){

    return rand()%101;

}

//用于控制循环的开关

int monitor;

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_mwp_monitor_MainActivity_startMonitor

  (JNIEnv * env, jobject obj){

    monitor = 1;

    int pressure;

    jclass clazz;

    jmethodID methodid;

    while(monitor){

        //本地方法获取传感器数据

        pressure= getPressure();

        //使用反射调用java方法刷新界面显示

        //jclass      (*FindClass)(JNIEnv*, const char*);

        clazz= (*env)->FindClass(env, "com/mwp/monitor/MainActivity");

        //jmethodID   (*GetMethodID)(JNIEnv*, jclass, const char*, const char*);

        methodid= (*env)->GetMethodID(env, clazz, "show","(I)V");

        // void        (*CallVoidMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...);

        (*env)->CallVoidMethod(env, obj, methodid, pressure);

        sleep(1);

    }

}

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_mwp_monitor_MainActivity_stopMonitor

(JNIEnv * env, jobject obj){

    //结束循环

    monitor = 0;

}

十一、使用C++代码实现本地方法

1、把c文件后缀名换成cpp

2、Android.mk文件中的hello.c也要换成hello.cpp

3、c++的使用的环境变量结构体中，访问了c使用的结构体的函数指针，函数名全部都是一样的，只是参数去掉了结构体指针

4、访问函数指针时，把env前面的*号去掉，因为此时env已经是一级指针

5、clean，清除之前编译的残留文件

6、把声明函数的h文件放入jni文件夹中，include该h文

#include <jni.h>

#include "com_mwp_cplusplus_MainActivity.h"

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_mwp_cplusplus_MainActivity_helloC

  (JNIEnv * env, jobject obj){

    char* cstr = "hello from c";

  //return (*env)->NewStringUTF(env, cstr);

    return env->NewStringUTF(cstr);

}

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