JNI（Java Native Interface）

時間 2019-11-09

標籤 jni java native interface 欄目 Java 简体版

原文原文鏈接

1、JNI（Java Native Interface）html

一、什麼是JNI：

JNI(Java Native Interface):java本地開發接口

JNI是一個協議，這個協議用來溝通java代碼和外部的本地代碼(c/c++)

外部的c/c++代碼也能夠調用java代碼

二、爲何使用JNI：

效率上 C/C++是本地語言，比java更高效

代碼移植，若是以前用C語言開發過模塊，能夠複用已經存在的c代碼

java反編譯比C語言容易，通常加密算法都是用C語言編寫，不容易被反編譯

三、Java基本數據類型與C語言基本數據類型的對應

四、引用類型對應

五、堆內存和棧內存的概念

棧內存：系統自動分配和釋放，

保存全局、靜態、局部變量，

在站上分配內存叫靜態分配，

大小通常是固定的

堆內存：程序員手動分配(malloc/new)和釋放(free/java不用手動釋放，由GC回收)，

在堆上分配內存叫動態分配，

通常硬件內存有多大堆內存就有多大

2、交叉編譯

一、交叉編譯的概念

交叉編譯即在一個平臺，編譯出另外一個平臺可以執行的二進制代碼

主流平臺有： Windows、 Mac os、 Linux

主流處理器： x8六、 arm、 mips

二、交叉編譯的原理

即在一個平臺上，模擬其餘平臺的特性

編譯的流程：源代碼-->編譯-->連接-->可執行程序

三、交叉編譯的工具鏈

多個工具的集合，一個工具使用完後接着調用下一個工具

四、常見的交叉編譯工具

NDK(Native Development Kit): 開發JNI必備工具，就是模擬其餘平臺特性類編譯代碼的工具

CDT(C/C++ Development Tools): 是Eclipse開發C語言的一個插件，高亮顯示C語言的語法

Cygwin: 一個Windows平臺的Unix模擬器（能夠參考以前博客 Cygwin簡介及使用）

五、NDK的目錄結構（能夠在Google官網下載NDK開發工具，須要FQ）

docs: 幫助文檔

build/tools：linux的批處理文件

platforms：編譯c代碼須要使用的頭文件和類庫

prebuilt：預編譯使用的二進制可執行文件

sample：jni的使用例子

source：ndk的源碼

toolchains：工具鏈

ndk-build.cmd:編譯打包c代碼的一個指令，須要配置系統環境變量

3、JNI的第一個例子

好了，準備知識已經完畢，下面開始咱們的一個JNI例子。

一、新建一個Android項目，在根目錄下建立 jni文件夾，用於存放 C源碼。

二、在java代碼中，建立一個本地方法 getStringFromC 本地方法沒有方法體。

private native String getStringFromC();

　　三、在jni中建立一個C文件，定義一個函數實現本地方法，函數名必須用使用本地方法的全類名，點改成下劃線。java

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <stdlib.h>
 3 #include <jni.h>
 4 //方法名必須爲本地方法的全類名點改成下劃線，穿入的兩個參數必須這樣寫，
 5 //第一個參數爲Java虛擬機的內存地址的二級指針，用於本地方法與java虛擬機在內存中交互
 6 //第二個參數爲一個java對象，便是哪一個對象調用了這個 c方法
 7 jstring Java_com_mwp_jnihelloworld_MainActivity_getStringFromC(JNIEnv* env,
 8                                                                jobject obj){
 9     //定義一個C語言字符串
10     char* cstr = "hello form c";
11     //返回值是java字符串，因此要將C語言的字符串轉換成java的字符串
12     //在jni.h 中定義了字符串轉換函數的函數指針
13     //jstring   (*NewStringUTF)(JNIEnv*, const char*);
14     //第一種方法：不多用
15     jstring jstr1 = (*(*env)).NewStringUTF(env, cstr);
16     //第二種方法，推薦
17     jstring jstr2 = (*env) -> NewStringUTF(env, cstr);
18     return jstr2;
19 }

四、在jni中建立 Android.mk文件，用於配置本地方法linux

 LOCAL_PATH := $(call my-dir)
    include $(CLEAR_VARS)
    #編譯生成的文件的類庫叫什麼名字
    LOCAL_MODULE    := hello
    #要編譯的c文件
    LOCAL_SRC_FILES := Hello.c
    include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

　　五、在jni目錄下執行 ndk-build.cmd指令，編譯c文件android

六、在java代碼中加載編譯後生成的so類庫，調用本地方法，將項目部署到虛擬機上以後就會發現toast彈出的C代碼定義的字符串，第一個例子執行成功了。

static{
        //加載打包完畢的 so類庫
        System.loadLibrary("hello");
    }

七、jni打包的C語言類庫默認僅支持 arm架構，須要在jni目錄下建立 Android.mk 文件添加以下代碼能夠支持x86架構c++

APP_ABI := armeabi armeabi-v7a x86

4、JNI常見錯誤程序員

一、findLibrary returned null:

CPU平臺不匹配或者在加載類庫時，類庫名字寫錯了

二、本地方法找不到：

忘記加載類庫了或者 C代碼中方法名寫錯了

5、javah工具與javap工具

一、javah: 生成本地方法頭文件

須要在C/C++模塊下才能生效

在JDK1.7中，在src目錄下執行javah 全類名

在JDK1.6中，在bin/classes目錄下執行

二、javap: 打印方法簽名

在C語言中調用java的方法須要用到反射，C語言的反射須要一個方法簽名，使用javap可以生成方法簽名，很熟練的話也能夠本身寫方法簽名

在bin/classes目錄下執行 javap -s 全類名

6、使用本地方法加密字符串的一個小例子

C語言字符串與Java中的字符串類型不一樣，因此須要進行字符串類型轉換。

一個重要的思想：C語言計算字符串的長度不方便，可是java很方便，只須要調用一個length()方法就能夠，因此像這種需求，那個語言有優點就用哪一個語言算，算完當作參數傳遞給另外一種語言就ok。

混合語言編程這應該是一種很是有用的思想。

Java很是容易被反編譯，因此加密都是用 c語言寫的

#include <jni.h>
#include <string.h>
//將java字符串轉換爲c語言字符串（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，將字符串每一個字符加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);
}

7、JNI操做一個數組（引用傳遞）

傳遞數組實際上是傳遞一個堆內存的數組首地址的引用過去，因此實際操做的是同一塊內存，

當調用完方法，不須要返回值,實際上參數內容已經改變，

Android中不少操做硬件的方法都是這種C語言的傳引用的思路

 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         //不須要返回值，實際操做的是同一塊內存，內容已經發生了改變
16         for (int i : array) {
17             System.out.println(i);
18         }
19     }
20     
21     //傳遞數組實際上是傳遞一個堆內存的數組首地址的引用過去，因此實際操做的是同一塊內存，
22     //當調用完方法，不須要返回值,實際上參數內容已經改變，
23     //Android中不少操做硬件的方法都是這種C語言的傳引用的思路，要很是熟練
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      //拿到整型數組的長度以及第0個元素的地址
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; //將數組中的每一個元素加10
17     }
18 }

8、美圖秀秀的C語言本地類庫加深JNI的理解

項目中不須要有c代碼，只須要有一個編譯事後的類庫供Java調用就能夠了。

將美圖秀秀的apk文件解壓縮，將lib目錄下C類庫導入本身的項目，

反編譯美圖秀秀的apk文件，將其本地方法類 JNI.java複製到本身的項目

根據本地方法名和參數猜函數的做用及如何使用，

下例調用了美圖的一個LOMO美化效果

 1 public class MainActivity extends Activity {
 2     
 3     static{
 4         //加載美圖秀秀的類庫
 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         //用於保存全部像素信息的數組
26         int[] pixels = new int[width*height];
27         //獲取圖片的像素顏色信息，保存至pixels
28         bitmap.getPixels(pixels, 0, width, 0, 0, width, height);
29         
30         JNI jni = new JNI();
31         //調用美圖秀秀本地庫中的美圖方法，靠猜
32         //arg0:保存了全部像素顏色信息的數組
33         //arg1:圖片的寬
34         //arg2:圖片的高
35         //此方法是經過改變pixels的像素顏色值來實現美化效果，傳遞一個數組參數是不須要返回值的
36         jni.StyleLomoB(pixels, width, height);
37         
38         Bitmap bmNew = Bitmap.createBitmap(pixels, width, height, bitmap.getConfig());
39         iv.setImageBitmap(bmNew);
40     }
41 }

9、在C語言中調用java方法（反射）

一、有時須要在C語言中調用java的方法，如刷新UI顯示加載資源進度

在本地方法C語言代碼中打印 Android的Logcat日誌輸出，Google已經幫咱們封裝好了方法，只須要調用一下就能夠

若是要輸出中文的話，必須將C語言的文件編碼改爲 utf-8,不然亂碼

在C語言中調用java的方法須要用到反射，C語言的反射須要一個方法簽名，使用javap可以生成方法簽名，很熟練的話也能夠本身寫方法簽名

在bin/classes目錄下執行 javap -s 全類名

 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("標題");
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輸出
    LOGD("我是C語言打印的debug日誌");
    LOGI("我是C語言打印的info日誌");
    //經過反射來調用java的方法，須要知道方法簽名，使用javap獲得方法簽名
    //在bin/classes目錄下執行 javap -s 全類名
    //一、獲得類的字節碼對象
    //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, "這是彈窗的內容"));
}

LOCAL_PATH := $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_LDLIBS += -llog
LOCAL_MODULE    := hello
LOCAL_SRC_FILES := log.c
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

10、模擬監測壓力傳感器算法

傳感器的原理是使用敏感電阻如（光敏電阻，熱敏電阻）等監測電流電壓的變化

Android程序只須要處理傳感器傳遞的數據，並將其顯示在界面上就能夠。

下面模擬一個壓力傳感器來練習JNI編程

 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     //供本地方法調用刷新UI
31     public void show(int pressure){
32         mpb.setPressure(pressure);
33     }
34 }

#include <jni.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
//模擬壓力傳感其傳遞數據
int getPressure(){
    return rand()%101;
}
//用於控制循環的開關
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){
        //本地方法獲取傳感器數據
        pressure= getPressure();
        //使用反射調用java方法刷新界面顯示
        //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){
    //結束循環
    monitor = 0;
}

11、使用C++代碼實現本地方法

一、把c文件後綴名換成cpp

二、Android.mk文件中的hello.c也要換成hello.cpp

三、c++的使用的環境變量結構體中，訪問了c使用的結構體的函數指針，函數名所有都是同樣的，只是參數去掉告終構體指針

四、訪問函數指針時，把env前面的*號去掉，由於此時env已是一級指針

五、clean，清除以前編譯的殘留文件

六、把聲明函數的h文件放入jni文件夾中，include該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);
}