JNI解析以及在Android中的實際應用

時間  2019-11-24
標籤 jni 解析 以及 android 實際應用 欄目 Android 简体版
原文   原文鏈接

簡述java

JNI是Java Native Interface的縮寫，它提供了若干的API實現了Java和其餘語言的通訊（在Android裏面主要是C&C++）。從Java1.1開始，JNI標準成爲java平臺的一部分，它容許Java代碼和其餘語言寫的代碼進行動態交互,JNI標準保證本地代碼能工做在任何Java 虛擬機環境,目前的不少熱修復補的開源項目，好比——Depoxed(阿里)、AnFix（阿里）、DynamicAPK(攜程)等，它們都用到了JNI編程，而且JNI編程也貫穿了Android系統，實際上JNI是Android系統中底層和框架層通訊的重要方式、JNI對於Android安全以及Android安全加固等都是有所幫助的,通常狀況下，在Android應用層，大部分時間都是在使用Java編程，不多使用C/C++編程,在一些比較特殊的狀況下會用到，好比加密等等,下面我將詳細分析JNI原理以及會有一個實際的例子來講明加深理解。android

如何使用c++

在目前的Android開發中，通常狀況下有2種方法來使用JNI編程，就是傳統的須要手動生成h文件和新版的CMake,Cmake的是利用配置文件來完成一些配置，實際上只是簡化了流程，用CMakeLists.txt文件來進行一些類庫的配置而已，這裏以Cmake爲例子，下面是步驟:編程

● 首先新建一個項目，而且勾選上C++的支持，如圖:數組

而後默認就好，最後來到C++有關的選項，能夠2個都勾上。

● 第一個步驟完成以後，會在項目的build.gradle文件裏面生成下面的幾個選項，安全

defaultConfig {
        //省略一些代碼
        externalNativeBuild {
            cmake {
                cppFlags "-frtti -fexceptions"//這裏指定了編譯的一些C++選項
            }
        }
    }
    
externalNativeBuild {
        cmake {
            path "CMakeLists.txt"//這裏指定了配置文件的路徑在項目目錄下，文件名叫作CMakeLists.text,
            這個路徑能夠本身修改成本身想要的路徑，只須要在這裏修改，而且把文件移動到相應的目錄下就能夠了
        }
    }
複製代碼

而後就能夠在項目的目錄下看到CMakeLists.text這個文件了，咱們來看一下其中生成的代碼,這裏會省略掉註釋，佔篇幅啊:bash

cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)// 指定CMake的版本

//add_library是添加類庫，下面3個分別表示類庫的名字叫作native-lib.so,SHARED這個選項表示共享類庫的意思(就是以so結尾)
// src/main/cpp/native-lib.cpp表示native-lib.so對應的C++源代碼位置
//這個add_library很重要，由於若是要添加其餘類庫，那麼都是這樣的方法來的,好比
添加這個 wlffmpeg類庫
add_library( # Sets the name of the library.
             wlffmpeg
 
             # Sets the library as a shared library.
             SHARED
 
             # Provides a relative path to your source file(s).
             src/main/jni/player.cpp )
             

add_library(
             native-lib
             SHARED
             src/main/cpp/native-lib.cpp )

//表示系統的日誌庫，只須要導入一個就能夠了
find_library(
              log-lib
              log )

//連接庫，要跟上面的類庫名字保持一致
target_link_libraries(
                       native-lib
                       ${log-lib} )
複製代碼

好了，上面是關於CMakeLists.text內容的一些分析，實際項目中，會更加複雜，特別是導入第三方so庫的時候，這個有機會再講，咱們知道了，這個so庫的名字就叫作native-lib.so，下面來寫實際的代碼:app

public class JniDemo {
    static {
        System.loadLibrary("native-lib");
    }
    //靜態註冊
    public static native Object getPackage();
    //靜態註冊
    public static native int addTest(int a, int b);

    //須要動態註冊的方法
    public static native Application getApplicationObject();

}
複製代碼

首先咱們在靜態代碼塊加載so庫，咱們已經知道了是native-lib,而後定義3個方法，這裏前面2個方法是靜態註冊，後面的這個方法是動態註冊，這裏爲何要區分呢，在AndroidStudio中，用Alt+Enter彈出的菜單就能夠自動生成方法了，咱們來看一下:框架

extern "C"
JNIEXPORT jObject JNICALL
Java_com_jni_JniDemo_getPackage(JNIEnv *env, jclass type) {
    std::string hello = "com.example.test";
    // TODO
    return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}
extern "C"
JNIEXPORT jint JNICALL
Java_com_jni_JniDemo_addTest(JNIEnv *env, jclass type, jint a, jint b) {
    // TODO
    return a + b;
}
複製代碼

能夠看到靜態註冊的方法的格式爲Java_包名_類名_方法名,參數來看 其中JNIEnv * 是一個指向所有JNI方法的指針，該指針只在建立它的線程有效，不能跨線程傳遞,就是說每一個線程都有本身的JNIEnv, jclass是JNI的數據類型，對應Java的java.lang.Class實例。jobject一樣也是JNI的數據類型，對應於Java的Object,系統在調用native方法的時候會根據方法名，將Java方法和JNI方法創建關聯，可是它有一些明顯的缺點：jvm

● JNI層的方法名稱過長,特別是包名比較深的話，就更加明顯了

● 聲明Native方法的類須要用javah生成頭文件, 在之前的開發中須要本身手動生成，如今是工具幫咱們生成了而已

● 初次調用JIN方法時須要創建關聯，影響效率,在創建關係的時候是全局搜索的，這樣效率上大打折扣。

● 不夠靈活，由於有些須要在運行的時候才決定註冊須要的方法。

由於以上的不方便，因此纔有了動態註冊的機制存在,下面簡單分析一下:

JNI_OnLoad函數

在調用了

System.loadLibrary("native-lib");
複製代碼

方法加載so庫的時候，Java虛擬機就會找到這個函數並調用該函數，所以能夠在該函數中作一些初始化的動做，其實這個函數就是至關於Activity中的onCreate()方法。該函數前面有三個關鍵字，分別是JNIEXPORT、JNICALL和jint，其中JNIEXPORT和JNICALL是兩個宏定義，用於指定該函數是JNI函數。jint是JNI定義的數據類型，由於Java層和C/C++的數據類型或者對象不能直接相互的引用或者使用，JNI層定義了本身的數據類型，用於銜接Java層和JNI層，至於這些數據類型咱們在後面介紹。這裏的jint對應Java的int數據類型，該函數返回的int表示當前使用的JNI的版本，其實相似於Android系統的API版本同樣，不一樣的JNI版本中定義的一些不一樣的JNI函數。該函數會有兩個參數，其中*jvm爲Java虛擬機實例，JavaVM結構體定義瞭如下函數

DestroyJavaVM
AttachCurrentThread
DetachCurrentThread
GetEnv
複製代碼

咱們前面已經說過了，JNIEnv是線程範圍內的JNI環境，在動態註冊的時候首先須要獲取,通常用下面的代碼:

JNIEnv *env = NULL;
    if (vm->GetEnv((void **) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
        return -1;
    }
複製代碼

好了，獲取到了JNIEnv了，既然是動態註冊，那麼就會有對應的方法，方法爲:

jint RegisterNatives(jclass clazz, const JNINativeMethod* methods,
        jint nMethods)
    { return functions->RegisterNatives(this, clazz, methods, nMethods); }
複製代碼

其中第一個參數爲:須要動態註冊的Java類(以/來隔開，好比com/example/等)，第二個參數是一個JNINativeMethod指針，定義以下:

typedef struct {
    const char* name;  //java層對應的方法全名
    const char* signature;//方法的簽名
    void*       fnPtr;//對應的在c++裏面的方法
} JNINativeMethod;
複製代碼

註釋已經有了，其中第二個參數是方法的簽名，咱們回顧一下，Java是如何判斷2個方法是相同的呢，是方法的簽名，換句話說，每一個方法都有本身的簽名，每一個簽名對應一個方法，用javap -s -p 就能夠獲取了，下面是一張截圖就能夠看明白:

能夠看到了吧,description:後面的就是對應的方法的簽名了，這個後面會用到 

//TODO 動態註冊的方法集合
static JNINativeMethod gMethods[] = {
        {"getApplicationObject", "()Landroid/app/Application;", (void *) getApplicationObject}
};
這是下面要講的例子,這個例子是在JNI中獲取application對象，是用反射獲取
複製代碼

好了，有了這些，那麼就能夠動態註冊了，所有代碼以下:

#include <jni.h>
#include <string>
#include "log.h"

//TODO 這個表示須要動態註冊的函數所在的類文件
static const char *const CLASSNAME = "com/jni/JniDemo";
extern "C"
JNIEXPORT jobject JNICALL
Java_com_jni_JniDemo_getPackage(JNIEnv *env, jclass type) {
    // TODO 獲取包名，同樣能夠反射獲取,這裏咱們獲取主線程裏面的currentPackageName()方法就好
    jclass jclass1 = env->FindClass("android/app/ActivityThread");
    jmethodID jmethodID1 = env->GetStaticMethodID(jclass1, "currentPackageName",
                                                  "()Ljava/lang/String;");
    jobject jobject1 = (jstring ) env->CallStaticObjectMethod(jclass1, jmethodID1);
    return jobject1;
}
extern "C"
JNIEXPORT jint JNICALL
Java_com_jni_JniDemo_addTest(JNIEnv *env, jclass type, jint a, jint b) {
    // TODO
    return a + b;
}
extern "C"
JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_example_hadoop_testproject_MainActivity_stringFromJNI(
        JNIEnv *env,
        jobject /* this */) {
    std::string hello = "Hello from C++";
    return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}
//TODO 獲取application對象
jobject getApplicationObject(JNIEnv *env, jobject thiz) {
    jobject mApplicationObj = NULL;
    //找到ActivityThread類
    jclass jclass1 = env->FindClass("android/app/ActivityThread");
    //找到currentActivityThread方法
    jmethodID jmethodID2 = env->GetStaticMethodID(jclass1, "currentActivityThread", "()Landroid/app/ActivityThread;");
    //獲取ActivityThread對象
    jobject mCurrentActivity = env->CallStaticObjectMethod(jclass1, jmethodID2);
    //找到currentApplication方法
    jmethodID jmethodID1 = env->GetMethodID(jclass1, "getApplication",
                                            "()Landroid/app/Application;");
    //獲取Application對象
    mApplicationObj = env->CallObjectMethod(mCurrentActivity, jmethodID1);
    if (mApplicationObj == NULL) {
        return NULL;
    }
    return mApplicationObj;
}

//TODO 動態註冊的方法集合
static JNINativeMethod gMethods[] = {
        {"getApplicationObject", "()Landroid/app/Application;", (void *) getApplicationObject}
};

/*
* System.loadLibrary("lib")時調用
* 若是成功返回JNI版本, 失敗返回-1
* 這個方法通常都是固定的
*/

extern "C"
JNIEXPORT jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM *vm, void *reserved) {
    JNIEnv *env = NULL;
    if (vm->GetEnv((void **) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
        return -1;
    }
    if (env == NULL) {
        return -1;
    }
    // 須要註冊的類
    jclass clazz = env->FindClass(CLASSNAME);
    if (clazz == NULL) {
        return -1;
    }
    //TODO 這裏是重點，動態註冊方法
    if (env->RegisterNatives(clazz, gMethods, sizeof(gMethods) / sizeof(gMethods[0])) < 0) {
        return -1;
    }
    LOGD("dynamic success is %d", JNI_VERSION_1_4);
    return JNI_VERSION_1_4;
}

日誌文件代碼以下:
#ifndef FINENGINE_LOG_H
#define FINENGINE_LOG_H

#include <android/log.h>

static const char* kTAG = "JNIDEMO";

#define LOGI(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,LOG_TAG,__VA_ARGS__)
#define LOGE(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR,LOG_TAG,__VA_ARGS__)
#define LOGD(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG,kTAG,__VA_ARGS__)

#endif
複製代碼

註釋也已經很清楚了，咱們須要知道C語言中調用Java的一些函數，實際上也是反射獲取的，步驟跟Java層的是同樣的，換句話說在Java反射能作到的，在JNI中經過相似的反射也是能夠作到的，這些方法原型在jni.h文件裏面，好比

你們能夠多去看看那些方法，基本上各類類型的方法都有，運行以下:

JNI數據類型

上面咱們提到JNI定義了一些本身的數據類型。這些數據類型是銜接Java層和C/C++層的，若是有一個對象傳遞下來，那麼對於C/C++來講是沒辦法識別這個對象的，一樣的若是C/C++的指針對於Java層來講它也是沒辦法識別的，那麼就須要JNI進行匹配，因此須要定義一些本身的數據類型，分爲原始類型和引用類型，匹配的規則以下：

●.原始數據類型

● 引用類型

jobject                     (all Java objects)
|
|-- jclass                  (java.lang.Class objects)
|-- jstring                 (java.lang.String objects)
|-- jarray                  (array)
|     |--jobjectArray       (object arrays)
|     |--jbooleanArray      (boolean arrays)
|     |--jbyteArray         (byte arrays)
|     |--jcharArray         (char arrays)
|     |--jshortArray        (short arrays)
|     |--jintArray          (int arrays)
|     |--jlongArray         (long arrays)
|     |--jfloatArray        (float arrays)
|     |--jdoubleArray       (double arrays)
|
|--jthrowable
複製代碼

方法描述符

咱們前面說了，在調用方法的時候須要提供一個方法的簽名，動態註冊native方法的時候結構體JNINativeMethod中含有方法描述符，就是肯定native方法的參數和返回值，咱們這裏定義的getApplication()方法沒有參數，返回值爲空因此對應的描述符爲："()Landroid/app/Application;"，括號類爲參數，其餘的表示返回值，經過javap -s -p 也能夠看的出來的,通常對應規則以下:

對於數組的話，舉列以下:其餘的都是相似的，有規律可循

數據類型描述符

上面說的是方法描述符，實際上數據類型也是有描述符的，以下表所示:

而對於引用類型，用L開頭的，好比:

其餘的基本都是相似的，在用的是時候注意下就好。

JNI在Android中的實際應用

前面說了，JNI在整個Android系統中發揮了重要的做用，是鏈接底層和框架層的橋樑,在Android源碼中更是大量的JNI代碼，咱們來講一個實際的例子：獲取簽名而且校驗簽名，原理是:獲取當前的簽名信息而且跟期待的簽名信息是否一致，若是是一致，則經過，不然失敗,代碼原理跟上面的反射是一個道理. 這個工做在JNI_OnLoad中完成，以下代碼:

JNIEXPORT jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
    JNIEnv *evn;
    if (vm->GetEnv((void **)(&evn), JNI_VERSION_1_6) != JNI_OK)
    {
        return -1;
    }
    jclass appClass = evn->FindClass("com/***/App");

    jmethodID getAppContextMethod = evn->GetStaticMethodID(appClass, "getContext", "()Landroid/content/Context;");

    //獲取APplication定義的context實例
    jobject appContext = evn->CallStaticObjectMethod(appClass, getAppContextMethod);
    
    // 獲取應用當前的簽名信息
    jstring signature = loadSignature(evn, appContext);
    // 期待的簽名信息
    jstring keystoreSigature = evn->NewStringUTF("31BC77F998CB0D305D74464DAECC2");
    const char *keystroreMD5 = evn->GetStringUTFChars(keystoreSigature, NULL);
    const char *releaseMD5 = evn->GetStringUTFChars(signature, NULL);

    // 比較兩個簽名信息是否相等
    int result = strcmp(keystroreMD5, releaseMD5);

    if (DEBUG_MODE)
        LOGI("strcmp %d", result);

    // 這裏記得釋放內存
    evn->ReleaseStringUTFChars(signature, releaseMD5);
    evn->ReleaseStringUTFChars(keystoreSigature, keystroreMD5);

    // 獲得的簽名同樣，驗證經過
    if (result == 0){
        return JNI_VERSION_1_6;
    }
    return -1;
}
複製代碼

loadSignature(evn, appContext)也是反射調用Java代碼實現的，是系統自帶的功能，代碼以下:

jstring loadSignature(JNIEnv *env, jobject context)
{
    // 獲取Context類
    jclass contextClass = env->GetObjectClass(context);

    if (DEBUG_MODE)
        LOGI("獲取Context類");
    // 獲得getPackageManager方法的ID
    jmethodID getPkgManagerMethodId = env->GetMethodID(contextClass, "getPackageManager", "()Landroid/content/pm/PackageManager;");

    if (DEBUG_MODE)
        LOGI("獲得getPackageManager方法的ID");
    // PackageManager
    jobject pm = env->CallObjectMethod(context, getPkgManagerMethodId);

    if (DEBUG_MODE)
        LOGI("PackageManager");

    // 獲得應用的包名
    jmethodID pkgNameMethodId = env->GetMethodID(contextClass, "getPackageName", "()Ljava/lang/String;");

    jstring  pkgName = (jstring) env->CallObjectMethod(context, pkgNameMethodId);

    if (DEBUG_MODE)
        LOGI("get pkg name: %s", getCharFromString(env, pkgName));

    // 得到PackageManager類
    jclass cls = env->GetObjectClass(pm);
    // 獲得getPackageInfo方法的ID
    jmethodID mid = env->GetMethodID(cls, "getPackageInfo", "(Ljava/lang/String;I)Landroid/content/pm/PackageInfo;");
    // 得到應用包的信息
    jobject packageInfo = env->CallObjectMethod(pm, mid, pkgName, 0x40); //GET_SIGNATURES = 64;
    // 得到PackageInfo 類
    cls = env->GetObjectClass(packageInfo);
    // 得到簽名數組屬性的ID
    jfieldID fid = env->GetFieldID(cls, "signatures", "[Landroid/content/pm/Signature;");
    // 獲得簽名數組
    jobjectArray signatures = (jobjectArray) env->GetObjectField(packageInfo, fid);
    // 獲得簽名
    jobject signature = env->GetObjectArrayElement(signatures, 0);

    // 得到Signature類
    cls = env->GetObjectClass(signature);
    // 獲得toCharsString方法的ID
    mid = env->GetMethodID(cls, "toByteArray", "()[B");
    // 返回當前應用簽名信息
    jbyteArray signatureByteArray = (jbyteArray) env->CallObjectMethod(signature, mid);

    return ToMd5(env, signatureByteArray);
}
複製代碼

註釋已經很明顯了，獲取簽名信息而且轉換爲MD5格式的，以下:

jstring ToMd5(JNIEnv *env, jbyteArray source) {
    // MessageDigest類
    jclass classMessageDigest = env->FindClass("java/security/MessageDigest");
    // MessageDigest.getInstance()靜態方法
    jmethodID midGetInstance = env->GetStaticMethodID(classMessageDigest, "getInstance", "(Ljava/lang/String;)Ljava/security/MessageDigest;");
    // MessageDigest object
    jobject objMessageDigest = env->CallStaticObjectMethod(classMessageDigest, midGetInstance, env->NewStringUTF("md5"));

    // update方法，這個函數的返回值是void，寫V
    jmethodID midUpdate = env->GetMethodID(classMessageDigest, "update", "([B)V");
    env->CallVoidMethod(objMessageDigest, midUpdate, source);

    // digest方法
    jmethodID midDigest = env->GetMethodID(classMessageDigest, "digest", "()[B");
    jbyteArray objArraySign = (jbyteArray) env->CallObjectMethod(objMessageDigest, midDigest);

    jsize intArrayLength = env->GetArrayLength(objArraySign);
    jbyte* byte_array_elements = env->GetByteArrayElements(objArraySign, NULL);
    size_t length = (size_t) intArrayLength * 2 + 1;
    char* char_result = (char*) malloc(length);
    memset(char_result, 0, length);

    // 將byte數組轉換成16進制字符串，發現這裏不用強轉，jbyte和unsigned char應該字節數是同樣的
    ByteToHexStr((const char*)byte_array_elements, char_result, intArrayLength);
    // 在末尾補\0
    *(char_result + intArrayLength * 2) = '\0';

    jstring stringResult = env->NewStringUTF(char_result);
    // release
    env->ReleaseByteArrayElements(objArraySign, byte_array_elements, JNI_ABORT);
    // 釋放指針使用free
    free(char_result);

    return stringResult;
}
複製代碼

這個也是系統的MD5加密功能,能夠看到先獲取了系統自帶的簽名信息，而後跟一個預期的信息進行strcmp比較，若是是一致的話，那麼經過，若是不同，有可能程序被篡改了，就不能經過，而後採起其餘的措施，好比殺掉進程等等方法來處理，這個須要在實際的業務中根據實際狀況決定。

在實際中，JNI還有不少的應用，好比FFMPEG,OpenGL等等，這個在用到的時候再說，你們也能夠多去研究，今天的文章就寫到這裏，感謝你們閱讀.。

相關文章
相關標籤/搜索
每日一句
    每一个你不满意的现在，都有一个你没有努力的曾经。
本站公眾號
   歡迎關注本站公眾號,獲取更多信息
聯繫我們 最近搜索 最新文章 沪ICP备13005482号-10 MyBatis教程 SQL 教程 MySQL教程 Java 教程 Thymeleaf 教程 Hibernate教程 Spring教程 Redis教程