01-深入理解JNI

目录

1 JNI概述

 2 学习JNI的实例：MediaPlayer

2.1　加载JNI库

2.2　JNI层MediaPlayer的分析

2.3 注册JNI函数

2.3.1 静态注册

2.3.2 动态注册

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1 JNI概述

        JNI是Java Native Interface的缩写，中文译为“Java本地调用”。

通俗地说，JNI是一种技术，通过这种技术可以做到以下两点：

        a). Java程序中的函数可以调用Native语言写的函数，Native一般指的是C/C++编写的函数。

        b). Native程序中的函数可以调用Java层的函数，也就是说在C/C++程序中可以调用Java的函数。

        也就是Java与C/C++代码互调

        在平台无关的Java中，为什么要创建一个与Native相关的JNI技术呢？这岂不是破坏了Java的平台无关特性吗？JNI技术的推出有以下几个方面的考虑：

        承载Java世界的虚拟机是用Native语言写的，而虚拟机又运行在具体的平台上，所以虚拟机本身无法做到平台无关。

然而，有了JNI技术后就可以对Java层屏蔽不同 *** 作系统平台（如Windows和Linux）之间的差异了（例如同样是打开一个文件，Windows上的API使用OpenFile函数，而Linux上的API是open函数）。

这样，就能实现Java本身的平台无关特性。

其实Java一直在使用JNI技术，只是我们平时较少用到罢了。

        早在Java语言诞生前，很多程序都是用C/C++语言写的，它们遍布在软件世界的各个角落。

Java出世后，它受到了追捧，并迅速得到发展，但仍无法将软件世界彻底改朝换代，于是才有了折中的办法。

既然已经有C/C++模块实现了相关功能，那么在Java中通过JNI技术直接使用它们就行了，免得落下重复制造轮子的坏名声。

另外，在一些要求效率和速度的场合还是需要C/C++语言参与的。

        在Android平台上，JNI就是一座将C/C++世界和Java世界间的天堑变成通途的桥。

下图展示了Android平台上JNI所处的位置：

 2 学习JNI的实例：MediaPlayer

        初次接触JNI，感觉最神奇的就是Java竟然能够调用Native的函数，可它是怎么做到的呢？由于Android大量使用了JNI技术，本章接下来的内容就将通过源码中的一处实例来讲解JNI相关的知识。

        其中这个例子是和MediaPlayer相关的，本书的最后一章会详细分析它的工作原理，这里先看与JNI相关的部分，如下图所示：

         结合来看，可以知道：

        Java世界对应的是MediaPlayer，而这个MediaPlayer类有一些函数需要由Native层来实现。

JNI层对应的是libmedia_jni.so。

media_jni是JNI库的名字，其中，下划线前的“media”是Native层库的名字，这里就是libmedia库。

下划线后的“jni”表示它是一个JNI库。

注意，JNI库的名字可以随便取，不过Android平台基本上都采用“lib模块名_jni.so”的命名方式。

        Native层对应的是libmedia.so，这个库完成了实际的功能。

        MediaPlayer将通过JNI库libmedia_jni.so和Native层的libmedia.so交互。

        从上面的分析中还可知道：JNI层必须实现为动态库的形式，这样Java虚拟机才能加载它并调用它的函数。

        上面代码中列出了两个比较重要的要点：一个是加载JNI库；另一个是Java的native函数。

2.1　加载JNI库

        前面说过，如果Java要调用native函数，就必须通过一个位于JNI层的动态库来实现。

顾名思义，动态库就是运行时加载的库，那么在什么时候以及什么地方加载这个库呢？

        这个问题没有标准答案，原则上是：在调用native函数前，任何时候、任何地方加载都可以。

通行的做法是在类的static语句中加载，调用System.loadLibrary方法就可以了。

这一点在上面的代码中也见到了，我们以后就按这种方法编写代码即可。

另外，System.loadLibrary函数的参数是动态库的名字，即media_jni。

系统会自动根据不同的平台拓展成真实的动态库文件名，例如在Linux系统上会拓展成libmedia_jni.so，而在Windows平台上则会拓展成media_jni.dll。

        从上面代码中可以发现，native_init函数前有Java的关键字native，它表示这个函数将由JNI层来实现。

2.2　JNI层MediaPlayer的分析

        上面是JNI层代码，不知道大家看了以后是否会产生一些疑惑？最大的疑惑可能是，如何才能知道Java层的native_init函数对应的是JNI层的android_media_MediaPlayer_native_init(JNIEnv *env)函数呢？

2.3 注册JNI函数

        native_init函数位于android.media这个包中，它的全路径名应该是android.media.MediaPlayer.native_init，而JNI层函数的名字是android_media_MediaPlayer_native_init。

因为在Native语言中，符号“.”有着特殊的意义，所以JNI层需要把Java函数名称（包括包名）中的“.”换成“_”。

也就是通过这种方式，native_init找到了自己JNI层的本家兄弟android.media.MediaPlayer.native_init。

        “注册”之意就是将Java层的native函数和JNI层对应的实现函数关联起来，有了这种关联，调用Java层的native函数时，就能顺利转到JNI层对应的函数执行了。

而JNI函数的注册方法实际上有两种，下面分别做介绍。

2.3.1 静态注册

//Todo...

         当Java层调用native_init函数时，它会从对应的JNI库中寻找Java_android_media_MediaPlayer_native_init函数，如果没有，就会报错。

如果找到，则会为这个native_init和android_media_MediaPlayer_native_init建立一个关联关系，其实就是保存JNI层函数的函数指针。

以后再调用native_init函数时，直接使用这个函数指针就可以了，当然这项工作是由虚拟机完成的。

        静态方法就是根据函数名来建立Java函数和JNI函数之间的关联关系的，而且它要求JNI层函数的名字必须遵循特定的格式。

这种方法也有几个弊端，即：

• 需要编译所有声明了native函数的Java类，每个所生成的class文件都得用javah生成一个头文件。
  

  
  

• javah生成的JNI层函数名特别长，书写起来很不方便。
  

  
  

• 初次调用native函数时要根据函数名字搜索对应的JNI层函数来建立关联关系，这样会影响运行效率。
  

  
  

        有什么办法可以克服上面三个弊端吗？根据上面的介绍可知，Java native函数是通过函数指针来和JNI层函数建立关联关系的。

如果直接让native函数知道JNI层对应函数的函数指针，不就万事大吉了吗？这就是下面要介绍的第二种方法：动态注册法。

2.3.2 动态注册

        既然Java native函数和JNI函数是一一对应的，那么是不是会有一个结构来保存这种关联关系呢？答案是肯定的。

在JNI技术中，用来记录这种一一对应关系的，是一个叫JNINativeMethod的结构，其定义如下：

//源码位于：libnativehelper/include_jni/jni.h

typedef struct {
    // Java中native函数的名字，不用携带包的路径，例如“native_init”。


    const char* name;

    // Java函数的签名信息，用字符串表示，是参数类型和返回值类型的组合。


    const char* signature;

    // JNI层对应函数的函数指针，注意它是void*类型。


    void*       fnPtr;
} JNINativeMethod;

        应该如何使用这个结构体呢？来看MediaPlayer JNI层是如何做的，代码如下所示：

static const JNINativeMethod gMethods[] = {
    {
        // Java中native函数的函数名
        "native_init",  
        // native_init的签名信息       
        "()V",      
        // JNI层对应的函数指针                        
        (void *)android_media_MediaPlayer_native_init
    },
};


// This function only registers the native methods
static int register_android_media_MediaPlayer(JNIEnv *env)

{
    // 调用AndroidRuntime的registerNativeMethods函数，
    // 第二个参数表明是Java中的哪个类
    return AndroidRuntime::registerNativeMethods(env,
                "android/media/MediaPlayer", gMethods, NELEM(gMethods));
}

        AndroidRunTime类提供了一个registerNativeMethods函数来完成注册工作，下面来看registerNativeMethods的实现，代码如下：

/*

 * Register native methods using JNI.

 */

/*static*/ int AndroidRuntime::registerNativeMethods(JNIEnv* env,

    const char* className, const JNINativeMethod* gMethods, int numMethods)

{
    // 调用jniRegisterNativeMethods函数完成注册

    return jniRegisterNativeMethods(env, className, gMethods, numMethods);

}

        其中jniRegisterNativeMethods是Android平台中为了方便JNI使用而提供的一个帮助函数，其代码如下所示：

        其实动态注册的工作，只用两个函数就能完成。

总结如下：

/*
env指向一个JNIEnv结构体，它非常重要，后面会讨论它。


classname为对应的Java类名，
由于JNINativeMethod中使用的函数名并非全路径名，
所以要指明是哪个类。


*/
jclass clazz=（*env）-＞FindClass（env,className）；


//调用JNIEnv的RegisterNatives函数，注册关联关系。


（*env）-＞RegisterNatives（env,clazz,gMethods,numMethods）；

        所以，在自己的JNI层代码中使用这种方法，就可以完成动态注册了。

这里还有一个很棘手的问题：这些动态注册的函数在什么时候和什么地方被调用呢？这里就不卖关子了，直接给出该问题的答案：

        当Java层通过System.loadLibrary加载完JNI动态库后，紧接着会查找该库中一个叫JNI_OnLoad的函数。

如果有，就调用它，而动态注册的工作就是在这里完成的。

        所以，如果想使用动态注册方法，就必须实现JNI_OnLoad函数，只有在这个函数中才有机会完成动态注册的工作。

静态注册的方法则没有这个要求，但建议大家也实现这个JNI_OnLoad函数，因为有一些初始化工作是可以在这里做的。

        那么，libmedia_jni.so的JNI_OnLoad函数是在哪里实现的呢？由于多媒体系统很多地方都使用了JNI，所以“码农”把它放到android_media_MediaPlayer.cpp中了。