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NDK 开发：JNI 互调

本文章所用的工具版本

  • Android Studio 3.6.3

  • Gradle 5.6.4

  • NDK 21.3.6528147

  • CMake 3.10.2

什么是 JNI？

  • JNI 的全称是 Java Native Interface，从名称上面翻译，它是一个 Java 和 C 语言的接口，通过这个翻译我们基本可以判定，这个 JNI 其实就是 Java 语言和 C 语言之间通讯的桥梁。

为什么要有 JNI？

  • 因为 Java 和 C 之间无法直接通讯，Java 和 JavaScript 也同理，无法直接通过代码显式调用，这中间需要一个翻译官来做这件事，而 JNI 出现的目的就是为了解决 Java 和 C 这两个不同语言之间的通讯问题。

开胃菜

  • 在正式进入主题之前，我们先讲一下如何将一个普通的项目改造成一个 NDK 项目

NDK 开发：JNI 互调

  • 创建一个 cpp 文件夹，这个文件夹和 java 是同级目录

NDK 开发：JNI 互调

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  • 然后在这个文件夹下面创建一个 cpp 文件

  • cpp 文件其实就是 c++ 源码，到了这里可能大多数人又有一个疑问涌上心头，刚刚不是说 Java 和 C，怎么到这里就变成 C++ 了呢？

  • 这里解释一下，C++ 是 C 的超集，兼容大部分 C 语法，我们可以理解 C++ 是 C 的子类，拥有 C 的特性，同时又在这上面扩展了另外的一些特性。

  • 那么 C++ 相比 C 又有什么不同呢？其实最大的不同在于，C 语法的设计思想是面向过程的，而 C++ 语法的设计思想是面向对象。

  • 之所以用 C++ 而不用 C 的目的很简单，Java 也是面向对象的语言，C++ 语言对于 Java 程序员来说比较容易接受，看 C++ 的代码就像在看 Java 代码差不多。

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  • 在 cpp 文件夹下再创建一个 CMake 文件

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  • 在 CMake 文件中配置一些 NDK 开发相关的参数

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  • 在 Gradle 中配置一些 CMake 相关的参数

  • 到这里就结束了？其实还有关键一步，如果我们没有配置好的话，会直接导致我们无法对 C++ 的代码进行断点调试

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  • 在项目配置选择 Debug 类型，Studio 提供了四种配置

  • Java Only：只断点 Java 层的代码

  • Native Only：只断点 Native 层的代码

  • Detect Automatically：自动检测

  • Dual（Java + Native）：两种都用

  • 默认是 Java Only，这样会导致我们无法直接在项目中断点 C/C++ 的代码，所以在这里我们应该选择 Detect Automatically 或者 Dual（Java + Native）选项

  • 到这里就已经成功将一个普通的项目改造成 NDK 项目了，这只是一个开胃菜，接下来让我们正式进入主题

主菜

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  • 我们创建一个 Java 类，在静态代码块中加载 so 库

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  • 需要注意的是：这里的 so 库的名称不是根据 cpp 文件的名称来定的，而是根据 CMake 中的配置而定的，只是现在为了演示（偷懒），定义成同一个名称而已。但是 so 库生成的文件名称最终会以 CMake 文件配置的为准。

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  • 另外系统 API 给我们提供了两种加载 so 的方式，第一种直接加载 apk 中的 so 文件，第二种是通过文件地址来加载 so 文件，一般情况下我们用第一种就可以了，第二种一般是在用在热修复框架上面，它的实现方式也很简单，通过修改静态代码块中的代码，将要加载的 so 的文件重新指向，加载目标从 apk 包转移到应用的内部存储中（data/data/包名/lib），在这之前热修复框架会提前下载好 so 文件存放到此处。

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  • 为了演示 Java 和 C++ 之间的相互调用，我们创建了两个方法，第一个方法是 Java 调用 C++ 的代码，第二个方法是 C++ 回调 Java 代码

  • 需要留意的是，Java 调用 C++ 的方法要被 native 修饰，表明这是一个本地方法，方法体不需要有任何实现

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  • 然后我们在 Native 层中创建一个跟 Java 层对应的方法

  • C++ 代码？大多数人看到这里就望而止步了，其实这里面的代码很简单，接下来让我们一步步解析这个 这些代码的含义和作用

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  • 这个 include 在 Java 层上其实跟 import 差不多，但是在 C++ 文件中它不叫导包，而是叫引入头文件

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  • 这块我们可以理解成

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  • Java 中的 JNI 方法要被 native 修饰，那 Native 层中的 JNI 方法同样也不例外

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  • 需要特别留意的是，Native 层方法的返回值类型的定义位置有点奇特，和 Java 是不太一样的，至于为何 Java 上的返回值是 String 类型，而到了 Native 上的返回值却是 jstring 类型，这个问题待会会讲到。

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  • Native 层中的 JNI 方法要和 Java 层中的 JNI 方法要对应上，在 Native 层中 JNI 方法的命名格式为 Java_包名 类名 方法名，之所以用下划线而不用小数点是因为方法名不能带特殊符号，无论是在 Java 代码上还是 C/C++ 代码上，这种情况都是不允许出现的，否则无法编译通过。

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  • 接下来让我们先看一下这两个参数的含义，我相信大多数人的心里已经有答案了

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  • 这个 jobject 其实就是外层的 Java 对象，具体是什么对象，代码提示已经告诉我们了

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  • 而 jstring 其实就是 Java 方法中传入的参数，只不过在 Java 上叫 String，而在 Native 叫 jstring，参数这块也是一一对应的

Java 类型 JNI 别名 C 类型
boolean jboolean unsigned char
byte jbyte signed char
char jchar unsigned short
short jshort short
int jint int
long jlong long
float jfloat float
double jdouble double
String jstring char*
Class jclass /
Object jobject /

  • 我们先来看一张表，关于 Java 类型、JNI 别名、C 类型之间的对应表

  • 由于 Java 和 C 语言之间无法直接调用，但是这两种语言的基本数据类型是不一样的，例如 Java 中有 boolean 类型， 而在 C 中就没有这种类型，但是 C 语言还是有 if else 判断的，那么它是怎么判断 true 或者 false 的呢？正如表上所示，使用 char 类型，当 char 的值是 0 就是 false，非 0 就是 true。

  • 两种语言的数据结构存在巨大差异，基于这种情况，JNI 重新定义了一些类型，以便和 Java 上的类对应上，而这些类本质上还是属于 C 语言中的类。

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  • 看了这几句代码，忽然心中出现一种似曾相识的感觉，但是始终说不出来是什么

  • 这种实现其实很类似于我们使用 Java 中的反射，属于隐式调用，由于 Native 无法显式调用 Java 代码，所以也采用了隐式调用。而这里面的 API 和 Java 的其实差不多，换汤不换药，这里不再多讲。

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  • JNIEnv 可以说是整个 JNI 的核心类，是 Java 和 C 通讯的桥梁，它可以协助我们将 JNI 类型转换成 C 类型，不仅如此，调用 Java 对象的方法，获取或者修改属性，都是由 JNIEnv 来做。

  • JNIEnv 是一个结构体的一级指针，与其他类型的对象不一样的地方是，类型后面带了星号，使用的时候不能通过对象点方法名来调用，而是只能通过对象->方法名来调用。

  • 看完了普通 Java 方法调用 Native 方法，接下来看一下静态 Java 方法是如何调用 Native 方法的

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  • 通过仔细对比，和之前的那种方式其实都差不多，但是有一个地方不太一样

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  • 如果是 Java 层的 Native 方法是静态的，那么 Native 层中的方法第二个参数类型就是 jclass，这个 jclass 我们可以看做 Java 上面的 Class 类型。这种模式其实跟我们在 Java 方法体上面定义同步锁的差不多，如果被 synchronized 修饰的方法是非静态方法，那么同步锁的锁对象就是 类名.this ，如果被 synchronized 修饰的方法是静态方法，那么同步锁的锁对象就是 类名.class

  • 上面就是 Java 和 Native 方法之间的互相调用，接下来让我们简单看一下 Native 层是如何获取和修改 Java 对象的属性值

NDK 开发：JNI 互调

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  • 这些代码已经不用再讲了，我相信大部分人都懂

甜点

char* 和 jstring 互转

jstring string;
// jstring 转 char*
const char* cc = env->GetStringUTFChars(string, 0);
// char* 转 jstring
jstring ss = env->NewStringUTF(cc);

打印日志

加入头文件

# include <android/log.h>

打印 char* 

const char* cc = "6666666";
__android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, "TAG", cc, NULL);

日志等级 

ANDROID_LOG_VERBOSEANDROID_LOG_DEBUG
ANDROID_LOG_INFO
ANDROID_LOG_WARN
ANDROID_LOG_ERROR

作者：Android轮子哥

链接：https://www.jianshu.com/p/921a5142ae12

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原文  http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA3NzMxODEyMQ==&mid=2666456198&idx=1&sn=4f6cf277345c6d09e1c16f8e351ab06b
正文到此结束
所属分类： Java 编程技术

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