JNI是Java Native Interface的缩写，JNI是一种机制，有了它就可以在java程序中调用其他native代码，或者使native代码调用java层的代码。也 就是说，有了JNI我们可以使Android项目中，java层与native层各自发挥所长并相互配合。如下图所示，JNI在Android中所处的位 置。
JNI相对与native层来说是一个接口，java层的程序想访问native层，必须通过JNI，反过来也一样。下面我们来看几个问题。
1，如何告诉VM（虚拟机）java层需要调用native层的哪些libs？
我们知道java程序是运行在VM上的，而Native层的libs则不然。所以为了让java层能访问native层的libs，必须得告诉VM要使用哪些native层的libs。下面看一段代码
public class MediaPlayer
{
... static {
System.loadLibrary("media_jni");
native_init();
} ... private native final void native_init(); ...
}
可以看到上面的代码中，在MediaPlayer类中有一段static块包围起来的代码， 其中System.loadLibrary("media_jni")就是告诉VM去加载libmedia_jni.so这个动态库，那么这个动态库什么 时候被加载呢?因为static语句块的原因，所以在MediaPlayer第一次实例化的时候就会被加载了。这段代码中，我们还看到了一个函数 native_init()，该函数被申明为native型，就是告诉VM该函数由native层来实现。
2，如何做到java层到native层的映射。
所谓Java 层到native层的映射就是说JVM在调用 void native_init() 这个函数时，该怎么去找相应的动态链接库里面的函数。因为void native_init () 函数并没有在java文件中定义。
这里有2种办法，
一种是我们在C 文件中按照一定的命名规则来定义函数。
假设上面的MediaPlayer类在android.media包内。
我们的native层的代码可如下定义
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class MediaPlayer */
#ifndef _Included_MediaPlayer
#define _Included_MediaPlayer
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* Class: MediaPlayer
* Method: init media player
* Signature: ()V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_android_media_MediaPlayer_native_init
(JNIEnv *, jobject);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
其中jobject参数是JVM的MediaPlayer调用native_init时的对象，JNIEnv* 是一个全局环境结构。
这个命名规则，想必很容易看懂，两个修饰符JNIEXPORT JNICALL,应该分别用来兼容so和dll的导出函数的，JNICALL是用来兼容stdcall 等这些不同的函数调用方式的。
函数名字以Java开头，后面跟着的是声明这个函数的类的全路径，包括包名，最后是函数名。
可以发现，这个函数名实在是很丑陋，难以阅读。
第二种方法，我们可以进行动态注册：
我们来看看Android源码里的MediaPlayer的native是怎么写的。
当VM执行到System.loadLibrary()的时候就会去执行native libs中的JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)函数，因为JNI_OnLoad函数是从java层进入native层第一个调用的方法，所以可以在JNI_OnLoad函数中完成一些native层组件的初始化工作，同时更加重要的是，通常在JNI_jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)函数中会注册java层的native方法。下面看一段代码：
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
JNIEnv* env = NULL;
jint result = -;
//判断一下JNI的版本
if (vm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
LOGE("ERROR: GetEnv failed\n");
goto bail;
}
assert(env != NULL); if (register_android_media_MediaPlayer(env) < ) {
LOGE("ERROR: MediaPlayer native registration failed\n");
goto bail;
} if (register_android_media_MediaRecorder(env) < ) {
LOGE("ERROR: MediaRecorder native registration failed\n");
goto bail;
} if (register<span style="font-size:16px;">_android_media_MediaScanner(env) < ) {
LOGE("ERROR: MediaScanner native registration failed\n");
goto bail;
}</span> if (register_android_media_MediaMetadataRetriever(env) < ) {
LOGE("ERROR: MediaMetadataRetriever native registration failed\n");
goto bail;
} if (register_android_media_AmrInputStream(env) < ) {
LOGE("ERROR: AmrInputStream native registration failed\n");
goto bail;
} if (register_android_media_ResampleInputStream(env) < ) {
LOGE("ERROR: ResampleInputStream native registration failed\n");
goto bail;
} if (register_android_media_MediaProfiles(env) < ) {
LOGE("ERROR: MediaProfiles native registration failed");
goto bail;
} /* success -- return valid version number */
result = JNI_VERSION_1_4; bail:
return result;
}
上面这段代码的JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)函数实现与libmedia_jni.so库中。上面的代码中调用了一些形如register_android_media_MediaPlayer(env)的函数，这些函数的作用是注册native method。我们来看看函数register_android_media_MediaPlayer(env)的实现。
// This function only registers the native methods
static int register_android_media_MediaPlayer(JNIEnv *env)
{
return AndroidRuntime::registerNativeMethods(env,
"android/media/MediaPlayer", gMethods, NELEM(gMethods));
』 }
/*
* Register native methods using JNI.
*/
/*static*/ int AndroidRuntime::registerNativeMethods(JNIEnv* env,
const char* className, const JNINativeMethod* gMethods, int numMethods)
{
return jniRegisterNativeMethods(env, className, gMethods, numMethods);
}
最终jniRegisterNativeMethods函数完成java标准的native函数的映射工作。下面我们来具体的看看上面这个函数中各个参数的意义。
关于JNIEnv我在google上找到了这些信息：
JNI defines two key data structures, "JavaVM" and "JNIEnv". Both of these are essentiallypointers to pointers to function tables. (In the C++ version, they're classes with apointer to a function table and a member function for each JNI function that indirects throughthe table.) The JavaVM provides the "invocation interface" functions,which allow you to create and destroy a JavaVM. In theory you can have multiple JavaVMs per process,but Android only allows one.
The JNIEnv provides most of the JNI functions. Your native functions all receive a JNIEnv asthe first argument.
The JNIEnv is used for thread-local storage. For this reason, you cannot share a JNIEnv between threads.If a piece of code has no other way to get its JNIEnv, you should sharethe JavaVM, and useGetEnv to discover the thread's JNIEnv. (Assuming it has one; see AttachCurrentThread below.)
这里需要注意一点的是，JNIEnv是一个线程的局部变量，这以为这JNIEnv是存在与多线程环境下的，因为 VM 通常是多执行绪(Multi-threading)的执行环境。每一个执行绪在呼叫JNI_OnLoad()时,所传递进来的 JNIEnv 指标值都是不同的。为了配合这种多执行绪的环境,C/C++组件开发者在撰写本地函数时,可藉由 JNIEnv 指标值之不同而避免执行绪的资料冲突问题,才能确保所写的本地函数能安全地在 Android 的多执行绪 VM 里安全地执行。基于这个理由,当在
呼叫 C/C++ 组件的函数时,都会将 JNIEnv 指标值传递给它。
b，char* className，这个没什么好说的，java空间中类名，其中包含了包名。
c，JNINativeMethod* gMethods，传递进去的是一个JNINativeMethod类型的指针gMethods，gMethods指向一个JNINativeMethod数组，我们先看看JNINativeMethod这个结构体。
typedef struct {
const char* name; /*Java 中函数的名字*/
const char* signature; /*描述了函数的参数和返回值*/
void* fnPtr; /*函数指针,指向 C 函数*/
} JNINativeMethod;
再来看看gMethods数组
static JNINativeMethod gMethods[] = {
{"setDataSource", "(Ljava/lang/String;)V", (void *)android_media_MediaPlayer_setDataSource},
。。。
{"setAuxEffectSendLevel", "(F)V", (void *)android_media_MediaPlayer_setAuxEffectSendLevel},
{"attachAuxEffect", "(I)V", (void *)android_media_MediaPlayer_attachAuxEffect},
{"getOrganDBIndex", "(II)I", (void *)android_media_MediaPlayer_getOrganDBIndex},
};
在JNINativeMethod的结构体中，有一个描述函数的参数和返回值的签名字段，它是java中对应函数的签名信息，由参数类型和返回值类型共同组成。这个函数签名信息的作用是什么呢？
由于java支持函数重载，也就是说，可以定义同名但不同参数的函数。然而仅仅根据函数名是没法找到具体函数的。为了解决这个问题，JNI技术中就将参数 类型和返回值类型的组合作为一个函数的签名信息，有了签名信息和函数名，就能顺利的找到java中的函数了。
JNI规范定义的函数签名信息格式如下：
(参数1类型标示参数2类型标示......参数n类型标示)返回值类型标示
“()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);
值得注意的一点是，当参数类型是引用数据类型时，其格式是“L包名；”其中包名中的“.” 换成“/”，所以在上面的例子中(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)V
表示 void Func(String,String)；
如果 JAVA 函数位于一个嵌入类,则用$作为类名间的分隔符。
例如 “(Ljava/lang/String;Landroid/os/FileUtils$FileStatus;)Z”
下表是对应关系
| JAVA类型 | 本地类型 | 对应的描述字符串 | 描述 |
| boolean | jboolean | Z | C/C++8位整型 |
| byte | jbyte | B | C/C++带符号8bit integer |
| char | jchar | C | C/C++ 无符号16位整型 |
| short | jshort | S | C/C++ 带符号的16位整型 |
| int | jint | I | C/C++ 带符号的32位整型 |
| long | jlong | J | C/C++ 带符号的64位整型 |
| float | jfloat | F | C/C++ 32位浮点数 |
| double | jdouble | D | C/C++ 64位浮点数 |
| Object | jobject | 任何Java对象 | |
| Class | jclass | Class 对象 | |
| String | jstring | 字符串对象 | |
| Object[] | jobjectArray | 任何对象的数组 | |
| boolean[] | jbooleanArray | [Z | 布尔型数组 |
| byte[] | jbyteArray | [B | byte型数组 |
| char[] | jcharArray | [C | 短整型数组 |
| short[] | jshortArray | [S | 整型数组 |
| int[] | jintArray | [I | 长整型数组 |
| long[] | jlongArray | [J | 浮点型数组 |
| float[] | jfloatArray | [F | 双精度浮点数数组 |
| double[] | jdoubleArray | [D | |
| void | void | V |
java层和JNI层应该是可以互相交互，我们通过java层中的native函数可以进入到JNI层，那么JNI层的代码能不能操作java层中函数呢？当然可以，通过JNIEnv。
先来看看两个函数原型
jfieldID GetFieldID(jclass clazz,const char *name,const char *sig );
jmethodID GetMethodID(jclass clazz,const char *name,const char *sig)；
结合前面的知识来看，JNIEnv是一个与线程相关的代表JNI环境的结构体。JNIEnv实际上提供了一些JNI系统函数。通过这些系统函数可以调用java层中的函数或者操作jobect。下面我看一段函数
class MyMediaScannerClient : public MediaScannerClient
{
public:
MyMediaScannerClient(JNIEnv *env, jobject client)
: mEnv(env),
mClient(env->NewGlobalRef(client)),
mScanFileMethodID(),
mHandleStringTagMethodID(),
mSetMimeTypeMethodID()
{
jclass mediaScannerClientInterface = env->FindClass("android/media/MediaScannerClient");
if (mediaScannerClientInterface == NULL) {
fprintf(stderr, "android/media/MediaScannerClient not found\n");
}
else {
mScanFileMethodID = env->GetMethodID(mediaScannerClientInterface, "scanFile",
"(Ljava/lang/String;JJ)V");
mHandleStringTagMethodID = env->GetMethodID(mediaScannerClientInterface, "handleStringTag",
"(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)V");
mSetMimeTypeMethodID = env->GetMethodID(mediaScannerClientInterface, "setMimeType",
"(Ljava/lang/String;)V");
mAddNoMediaFolderMethodID = env->GetMethodID(mediaScannerClientInterface, "addNoMediaFolder",
"(Ljava/lang/String;)V");
}
}
... // returns true if it succeeded, false if an exception occured in the Java code
virtual bool scanFile(const char* path, long long lastModified, long long fileSize)
{
jstring pathStr;
if ((pathStr = mEnv->NewStringUTF(path)) == NULL) return false; mEnv->CallVoidMethod(mClient, mScanFileMethodID, pathStr, lastModified, fileSize); mEnv->DeleteLocalRef(pathStr);
return (!mEnv->ExceptionCheck());
}
class MyMediaScannerClient : public MediaScannerClient
{
public:
MyMediaScannerClient(JNIEnv *env, jobject client)
: mEnv(env),
mClient(env->NewGlobalRef(client)),
mScanFileMethodID(),
mHandleStringTagMethodID(),
mSetMimeTypeMethodID()
{
jclass mediaScannerClientInterface = env->FindClass("android/media/MediaScannerClient");
if (mediaScannerClientInterface == NULL) {
fprintf(stderr, "android/media/MediaScannerClient not found\n");
}
else {
mScanFileMethodID = env->GetMethodID(mediaScannerClientInterface, "scanFile",
"(Ljava/lang/String;JJ)V");
mHandleStringTagMethodID = env->GetMethodID(mediaScannerClientInterface, "handleStringTag",
"(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)V");
mSetMimeTypeMethodID = env->GetMethodID(mediaScannerClientInterface, "setMimeType",
"(Ljava/lang/String;)V");
mAddNoMediaFolderMethodID = env->GetMethodID(mediaScannerClientInterface, "addNoMediaFolder",
"(Ljava/lang/String;)V");
}
}
... // returns true if it succeeded, false if an exception occured in the Java code
virtual bool scanFile(const char* path, long long lastModified, long long fileSize)
{
jstring pathStr;
if ((pathStr = mEnv->NewStringUTF(path)) == NULL) return false; mEnv->CallVoidMethod(mClient, mScanFileMethodID, pathStr, lastModified, fileSize); mEnv->DeleteLocalRef(pathStr);
return (!mEnv->ExceptionCheck());
}
可以看到上面的代码中，先找到java层中MediaScannerClinet类在JNI层中对应的jclass实例(通过FindClass)。然后拿到MediaScannerclient类中所需要用到函数的函数函数id(通过GetMethodID)。接着通过JNIEnv调用CallXXXMethod函数并且把对应的jobject，jMethodID还有对应的参数传递进去，这样的通过CallXXXMethod就完成了JNI层向java层的调用。这里要注意一点的是这里JNI层中调用的方法实际上是java中对象的成员函数，如果要调用static函数可以使用CallStaticXXXMethod。这种机制有利于native层回调java代码完成相应操作。
上面讲述了如下在JNI层中去调用java层的代码，那么理所当然的应该可以在JNI层中访问或者修改java层中某对象的成员变量的值。我们通过JNIEnv中的GetFieldID()函数来得到java中对象的某个域的id。看下面的具体代码
int register_android_backup_BackupHelperDispatcher(JNIEnv* env)
{
jclass clazz; clazz = env->FindClass("java/io/FileDescriptor");
LOG_FATAL_IF(clazz == NULL, "Unable to find class java.io.FileDescriptor");
s_descriptorField = env->GetFieldID(clazz, "descriptor", "I");
LOG_FATAL_IF(s_descriptorField == NULL,
"Unable to find descriptor field in java.io.FileDescriptor"); clazz = env->FindClass("android/app/backup/BackupHelperDispatcher$Header");
LOG_FATAL_IF(clazz == NULL,
"Unable to find class android.app.backup.BackupHelperDispatcher.Header");
s_chunkSizeField = env->GetFieldID(clazz, "chunkSize", "I");
LOG_FATAL_IF(s_chunkSizeField == NULL,
"Unable to find chunkSize field in android.app.backup.BackupHelperDispatcher.Header");
s_keyPrefixField = env->GetFieldID(clazz, "keyPrefix", "Ljava/lang/String;");
LOG_FATAL_IF(s_keyPrefixField == NULL,
"Unable to find keyPrefix field in android.app.backup.BackupHelperDispatcher.Header"); return AndroidRuntime::registerNativeMethods(env, "android/app/backup/BackupHelperDispatcher",
g_methods, NELEM(g_methods));
}
获得jfieldID之后呢，我们就可以在JNI层之间来访问和操作java层的field的值了，方法如下
NativeType Get<type>Field（JNIEnv *env，jobject object，jfieldID fieldID）
void Set<type>Field(JNIEnv *env,jobject object ,jfieldID fieldID,NativeType value)
现在我们看到有了JNIEnv，我们可以很轻松的操作jobject所代表的java层中的实际的对象了。
jstring介绍
之所以要把jstring单独拿出来说正是由于它的特殊性。java中String类型也是一个引用类型，但是JNI中并没有用jobject来与之对 应，JNI中单独创建了一个jstring类型来表示java中的String类型。显然java中的String不能和C++中的String等同起 来，那么怎么操作jstring呢？方法很多下面看几个简单的方法
1，调用JNIEnv的NewStringUTF将根据Native的一个UTF-8字符串得到一个jstring对象。只有这样才能让一个C++中String在JNI中使用。
2，调用JNIEnv的GetStringChars函数（将得到一个Unicode字符串）和GetStringUTFChars函数（将得到一个UTF-8字符串），他们可以将java String对象转换诚本地字符串。下面我们来看段示例代码。
virtual bool scanFile(const char* path, long long lastModified, long long fileSize)
{
jstring pathStr;
//将char*数组字符串转换诚jstring类型
if ((pathStr = mEnv->NewStringUTF(path)) == NULL) return false; mEnv->CallVoidMethod(mClient, mScanFileMethodID, pathStr, lastModified, fileSize); mEnv->DeleteLocalRef(pathStr);
return (!mEnv->ExceptionCheck());
} ....
....
while (env->CallBooleanMethod(iter, hasNext)) {
jobject entry = env->CallObjectMethod(iter, next);
jstring key = (jstring) env->CallObjectMethod(entry, getKey);
jstring value = (jstring) env->CallObjectMethod(entry, getValue); const char* keyStr = env->GetStringUTFChars(key, NULL);
...
...
GetStringUTFChars()函数将jstring类型转换成一个UTF-8本地字符串，另外如果代码中调用了上面的几个函数，则在做完相关工 作后，要调用ReleaseStringChars函数或者ReleaseStringUTFChars函数来释放资源。看下面的代码
...
...
jstring key = (jstring) env->CallObjectMethod(entry, getKey);
jstring value = (jstring) env->CallObjectMethod(entry, getValue); const char* keyStr = env->GetStringUTFChars(key, NULL);
if (!keyStr) { // Out of memory
jniThrowException(
env, "java/lang/RuntimeException", "Out of memory");
return;
} const char* valueStr = env->GetStringUTFChars(value, NULL);
if (!valueStr) { // Out of memory
jniThrowException(
env, "java/lang/RuntimeException", "Out of memory");
return;
} headersVector.add(String8(keyStr), String8(valueStr)); env->DeleteLocalRef(entry);
env->ReleaseStringUTFChars(key, keyStr);
env->DeleteLocalRef(key);
...
...
可以看到GetStringUTFChars与下面的ReleaseStringUTFChars对应。
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