Java Native Interface (JNI)標(biāo)準(zhǔn)是java平臺的一部分，它允許Java代碼和其他語言寫的代碼進(jìn)行交互。JNI 是本地編程接口，它使得在 Java 虛擬機 (VM) 內(nèi)部運行的 Java 代碼能夠與用其它編程語言(如 C、C++ 和匯編語言)編寫的應(yīng)用程序和庫進(jìn)行交互操作。

1.從如何載入.so檔案談起

    由于Android的應(yīng)用層的類都是以Java寫的，這些Java類編譯為Dex型式的Bytecode之后，必須靠Dalvik虛擬機(VM: Virtual Machine)來執(zhí)行。VM在Android平臺里，扮演很重要的角色。

    此外，在執(zhí)行Java類的過程中，如果Java類需要與C組件溝通時，VM就會去載入C組件，然后讓Java的函數(shù)順利地調(diào)用到C組件的函數(shù)。此時，VM扮演著橋梁的角色，讓Java與C組件能通過標(biāo)準(zhǔn)的JNI介面而相互溝通。

    應(yīng)用層的Java類是在虛擬機(VM: Vitual Machine)上執(zhí)行的，而C件不是在VM上執(zhí)行，那么Java程式又如何要求VM去載入(Load)所指定的C組件呢? 可使用下述指令：

     System.loadLibrary(*.so的檔案名);

    例如，Android框架里所提供的MediaPlayer.java類，含指令：

     public class MediaPlayer{   

         static {

                   System.loadLibrary("media_jni");

              }

     }

     這要求VM去載入Android的/system/lib/libmedia_jni.so檔案。載入*.so之后，Java類與*.so檔案就匯合起來，一起執(zhí)行了。

2.如何撰寫*.so的入口函數(shù)

    ---- JNI_OnLoad()與JNI_OnUnload()函數(shù)的用途

 當(dāng)Android的VM(Virtual Machine)執(zhí)行到System.loadLibrary()函數(shù)時，首先會去執(zhí)行C組件里的JNI_OnLoad()函數(shù)。它的用途有二：

(1)告訴VM此C組件使用那一個JNI版本。如果你的*.so檔沒有提供JNI_OnLoad()函數(shù)，VM會默認(rèn)該*.so檔是使用最老的 JNI 1.1版本。由于新版的JNI做了許多擴充，如果需要使用JNI的新版功能，例如JNI 1.4的java.nio.ByteBuffer,就必須藉由JNI_OnLoad()函數(shù)來告知VM。

(2)由于VM執(zhí)行到System.loadLibrary()函數(shù)時，就會立即先呼叫JNI_OnLoad()，所以C組件的開發(fā)者可以藉由JNI_OnLoad()來進(jìn)行C組件內(nèi)的初期值之設(shè)定(Initialization) 。

例如，在Android的/system/lib/libmedia_jni.so檔案里，就提供了JNI_OnLoad()函數(shù)，其程式碼片段為：

//#define LOG_NDEBUG 0

#define LOG_TAG "MediaPlayer-JNI"

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)

{

    JNIEnv* env = NULL;

    jint result = -1;

    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) < 0) {

        LOGE("ERROR: MediaPlayer native registration failed\n");

        goto bail;

    }

    if (register_android_media_MediaRecorder(env) < 0) {

        LOGE("ERROR: MediaRecorder native registration failed\n");

        goto bail;

    }

    if (register_android_media_MediaScanner(env) < 0) {

        LOGE("ERROR: MediaScanner native registration failed\n");

        goto bail;

}

    if (register_android_media_MediaMetadataRetriever(env) < 0) {

        LOGE("ERROR: MediaMetadataRetriever native registration failed\n");

        goto bail;

    }

    /* success -- return valid version number */

    result = JNI_VERSION_1_4;

bail:

    return result;

}

 此函數(shù)回傳JNI_VERSION_1_4值給VM，于是VM知道了其所使用的JNI版本了。此外，它也做了一些初期的動作(可呼叫任何本地函數(shù))，例如指令：

   if (register_android_media_MediaPlayer(env) < 0) {

        LOGE("ERROR: MediaPlayer native registration failed\n");

        goto bail;

    }

就將此組件提供的各個本地函數(shù)(Native Function)登記到VM里，以便能加快后續(xù)呼叫本地函數(shù)的效率。

JNI_OnUnload()函數(shù)與JNI_OnLoad()相對應(yīng)的。在載入C組件時會立即呼叫JNI_OnLoad()來進(jìn)行組件內(nèi)的初期動 作；而當(dāng)VM釋放該C組件時，則會呼叫JNI_OnUnload()函數(shù)來進(jìn)行善后清除動作。當(dāng)VM呼叫JNI_OnLoad()或 JNI_Unload()函數(shù)時，都會將VM的指針(Pointer)傳遞給它們，其參數(shù)如下：

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved) {     }

jint JNI_OnUnload(JavaVM* vm, void* reserved){     }

在JNI_OnLoad()函數(shù)里，就透過VM之指標(biāo)而取得JNIEnv之指標(biāo)值，并存入env指標(biāo)變數(shù)里，如下述指令：

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved){

     JNIEnv* env = NULL;

     jint result = -1;

    if (vm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {

          LOGE("ERROR: GetEnv failed\n");

          goto bail;

    }

}

由于VM通常是多執(zhí)行緒(Multi-threading)的執(zhí)行環(huán)境。每一個執(zhí)行緒在呼叫JNI_OnLoad()時，所傳遞進(jìn)來的JNIEnv 指標(biāo)值都是不同的。為了配合這種多執(zhí)行緒的環(huán)境，C組件開發(fā)者在撰寫本地函數(shù)時，可藉由JNIEnv指標(biāo)值之不同而避免執(zhí)行緒的資料沖突問題，才能確保所 寫的本地函數(shù)能安全地在Android的多執(zhí)行緒VM里安全地執(zhí)行。基于這個理由，當(dāng)在呼叫C組件的函數(shù)時，都會將JNIEnv指標(biāo)值傳遞給它，如下：

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)

{

JNIEnv* env = NULL;

    if (register_android_media_MediaPlayer(env) < 0) {

   }

}

這JNI_OnLoad()呼叫register_android_media_MediaPlayer(env)函數(shù)時，就將env指標(biāo)值傳遞過 去。如此，在register_android_media_MediaPlayer()函數(shù)就能藉由該指標(biāo)值而區(qū)別不同的執(zhí)行緒，以便化解資料沖突的問 題。

　例如，在register_android_media_MediaPlayer()函數(shù)里，可撰寫下述指令：

       if ((*env)->MonitorEnter(env, obj) != JNI_OK) {

       }

查看是否已經(jīng)有其他執(zhí)行緒進(jìn)入此物件，如果沒有，此執(zhí)行緒就進(jìn)入該物件里執(zhí)行了。還有，也可撰寫下述指令：

       if ((*env)->MonitorExit(env, obj) != JNI_OK) {

        }

查看是否此執(zhí)行緒正在此物件內(nèi)執(zhí)行，如果是，此執(zhí)行緒就會立即離開。

3.registerNativeMethods()函數(shù)的用途

應(yīng)用層級的Java類別透過VM而呼叫到本地函數(shù)。一般是仰賴VM去尋找*.so里的本地函數(shù)。如果需要連續(xù)呼叫很多次，每次都需要尋找一遍，會多 花許多時間。此時，組件開發(fā)者可以自行將本地函數(shù)向VM進(jìn)行登記。例如，在Android的/system/lib/libmedia_jni.so檔案 里的代碼段如下：

//#define LOG_NDEBUG 0

#define LOG_TAG "MediaPlayer-JNI"

static JNINativeMethod gMethods[] = {

    {"setDataSource",   "(Ljava/lang/String;)V",

     (void *)android_media_MediaPlayer_setDataSource},

    {"setDataSource",    "(Ljava/io/FileDescriptor;JJ)V",

(void *)android_media_MediaPlayer_setDataSourceFD},

    {"prepare",   "()V",     (void *)android_media_MediaPlayer_prepare},

    {"prepareAsync",   "()V",   (void *)android_media_MediaPlayer_prepareAsync},

    {"_start",   "()V",   (void *)android_media_MediaPlayer_start},

    {"_stop",   "()V",    (void *)android_media_MediaPlayer_stop},

    {"getVideoWidth",   "()I",      (void *)android_media_MediaPlayer_getVideoWidth},

    {"getVideoHeight",   "()I",      (void *)android_media_MediaPlayer_getVideoHeight},

    {"seekTo",          "(I)V",      (void *)android_media_MediaPlayer_seekTo},

    {"_pause",          "()V",       (void *)android_media_MediaPlayer_pause},

    {"isPlaying",        "()Z",       (void *)android_media_MediaPlayer_isPlaying},

    {"getCurrentPosition", "()I",  (void *)android_media_MediaPlayer_getCurrentPosition},

    {"getDuration",      "()I",     (void *)android_media_MediaPlayer_getDuration},

    {"_release",         "()V",      (void *)android_media_MediaPlayer_release},

    {"_reset",           "()V",        (void *)android_media_MediaPlayer_reset},

    {"setAudioStreamType","(I)V", (void *)android_media_MediaPlayer_setAudioStreamType},

    {"setLooping",      "(Z)V",      (void *)android_media_MediaPlayer_setLooping},

    {"setVolume",      "(FF)V",     (void *)android_media_MediaPlayer_setVolume},

    {"getFrameAt",     "(I)Landroid/graphics/Bitmap;",

         (void *)android_media_MediaPlayer_getFrameAt},

    {"native_setup",    "(Ljava/lang/Object;)V",

           (void *)android_media_MediaPlayer_native_setup},

    {"native_finalize",     "()V",    (void *)android_media_MediaPlayer_native_finalize},

};

static int register_android_media_MediaPlayer(JNIEnv *env){

    return AndroidRuntime::registerNativeMethods(env,

                "android/media/MediaPlayer", gMethods, NELEM(gMethods));

}

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved){

    if (register_android_media_MediaPlayer(env) < 0) {

        LOGE("ERROR: MediaPlayer native registration failed\n");

        goto bail;

    }

}

當(dāng)VM載入libmedia_jni.so檔案時，就呼叫JNI_OnLoad()函數(shù)。接著，JNI_OnLoad()呼叫 register_android_media_MediaPlayer()函數(shù)。此時，就呼叫到 AndroidRuntime::registerNativeMethods()函數(shù)，向VM(即AndroidRuntime)登記 gMethods[]表格所含的本地函數(shù)了。簡而言之，registerNativeMethods()函數(shù)的用途有二：

(1)更有效率去找到函數(shù)。

(2)可在執(zhí)行期間進(jìn)行抽換。由于gMethods[]是一個<名稱，函數(shù)指針>對照表，在程序執(zhí)行時，可多次呼叫registerNativeMethods()函數(shù)來更換本地函數(shù)之指針，而達(dá)到彈性抽換本地函數(shù)之目的。

4.Andoird 中使用了一種不同傳統(tǒng)Java JNI的方式來定義其native的函數(shù)。其中很重要的區(qū)別是Andorid使用了一種Java 和 C 函數(shù)的映射表數(shù)組，并在其中描述了函數(shù)的參數(shù)和返回值。這個數(shù)組的類型是JNINativeMethod，定義如下：

typedef struct {

const char* name;            /*Java中函數(shù)的名字*/         

const char* signature;      /*描述了函數(shù)的參數(shù)和返回值*/

void* fnPtr;               /*函數(shù)指針，指向C函數(shù)*/

} JNINativeMethod;

其中比較難以理解的是第二個參數(shù)，例如

"()V"

"(II)V"

"(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)V"

實際上這些字符是與函數(shù)的參數(shù)類型一一對應(yīng)的。

"()" 中的字符表示參數(shù)，后面的則代表返回值。例如"()V" 就表示void Func();

"(II)V" 表示 void Func(int, int);

具體的每一個字符的對應(yīng)關(guān)系如下

字符   Java類型     C類型

V      void         void

Z      jboolean     boolean

I       jint         int

J       jlong        long

D      jdouble       double

F      jfloat            float

B      jbyte            byte

C      jchar           char

S      jshort          short

數(shù)組則以"["開始，用兩個字符表示

[I     jintArray       int[]

[F     jfloatArray     float[]

[B     jbyteArray     byte[]

[C    jcharArray      char[]

[S    jshortArray      short[]

[D    jdoubleArray    double[]

[J     jlongArray      long[]

[Z    jbooleanArray    boolean[]

上面的都是基本類型。如果Java函數(shù)的參數(shù)是class，則以"L"開頭，以";"結(jié)尾，中間是用"/" 隔開的包及類名。而其對應(yīng)的C函數(shù)名的參數(shù)則為jobject. 一個例外是String類，其對應(yīng)的類為jstring

Ljava/lang/String; String jstring

Ljava/net/Socket; Socket jobject

如果JAVA函數(shù)位于一個嵌入類，則用$作為類名間的分隔符。

例如 "(Ljava/lang/String;Landroid/os/FileUtils$FileStatus;)Z"

Android JNI編程實踐

一、直接使用java本身jni接口（windows/ubuntu）

1.在Eclipsh中新建一個android應(yīng)用程序。兩個類：一個繼承于Activity，UI顯示用。另一個包含native方法。編譯生成所有類。

jnitest.java文件：

package com.hello.jnitest;

import android.app.Activity;

import android.os.Bundle;

public class jnitest extends Activity {

    /** Called when the activity is first created. */

    @Override

    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

        super.onCreate(savedInstanceState);

        setContentView(R.layout.main);

        Nadd cal = new Nadd();

        setTitle("The Native Add Result is " + String.valueOf(cal.nadd(10, 19)));

    }

}

Nadd.java文件：

package com.hello.jnitest;

public class Nadd {

    static {

        System.loadLibrary("Nadd");

    }

    public native int nadd(int a, int b);

}

以上在windows中完成。

2.使用javah命令生成C/C++的.h文件。注意類要包含包名，路徑文件夾下要包含所有包中的類，否則會報找不到類的錯誤。classpath參數(shù)指定到包名前一級文件夾，文件夾層次結(jié)構(gòu)要符合java類的組織層次結(jié)構(gòu)。

javah -classpath ../jnitest/bin com.hello.jnitest.Nadd

com_hello_jnitest_Nadd .h文件：

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */

#include <jni.h>

/* Header for class com_hello_jnitest_Nadd */

#ifndef _Included_com_hello_jnitest_Nadd

#define _Included_com_hello_jnitest_Nadd

#ifdef __cplusplus

extern "C" {

#endif

/*

 * Class:     com_hello_jnitest_Nadd

 * Method:    nadd

 * Signature: (II)I

 */

JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_hello_jnitest_Nadd_nadd

  (JNIEnv *, jobject, jint, jint);

#ifdef __cplusplus

}

#endif

#endif

3.編輯.c文件實現(xiàn)native方法。

com_hello_jnitest_Nadd.c文件：

#include <stdlib.h>

#include "com_hello_jnitest_Nadd.h"

JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_hello_jnitest_Nadd_nadd(JNIEnv * env, jobject c, jint a, jint b)

{

   return (a+b);

}

4.編譯.c文件生存動態(tài)庫。

arm-none-linux-gnueabi-gcc -I/home/a/work/android/jdk1.6.0_17/include -I/home/a/work/android/jdk1.6.0_17/include/linux -fpic -c com_hello_jnitest_Nadd.c

arm-none-linux-gnueabi-ld -T/home/a/CodeSourcery/Sourcery_G++_Lite/arm-none-linux-gnueabi/lib/ldscripts/armelf_linux_eabi.xsc -share -o libNadd.so com_hello_jnitest_Nadd.o

得到libNadd.so文件。

以上在ubuntu中完成。

5.將相應(yīng)的動態(tài)庫文件push到avd的system/lib中:adb push libNadd.so /system/lib。若提示Read-only file system錯誤，運行adb remount命令，即可。

Adb push libNadd.so /system/lib

6.在eclipsh中運行原應(yīng)用程序即可。

以上在windows中完成。

對于一中生成的so文件也可采用二中的方法編譯進(jìn)apk包中。只需在工程文件夾中建libs\armeabi文件夾（其他文件夾名無效，只建立libs文件夾也無效），然后將so文件拷入，編譯工程即可。

二.使用NDK生成本地方法（ubuntu and windows）

1.安裝NDK：解壓，然后進(jìn)入NDK解壓后的目錄，運行build/host-setup.sh（需要Make 3.81和awk）。若有錯，修改host-setup.sh文件：將#!/bin/sh修改為#!/bin/bash，再次運行即可。

2.在apps文件夾下建立自己的工程文件夾，然后在該文件夾下建一文件Application.mk和項project文件夾。

Application.mk文件：

APP_PROJECT_PATH := $(call my-dir)/project

APP_MODULES      := myjni

3.在project文件夾下建一jni文件夾，然后新建Android.mk和myjni.c。這里不需要用javah生成相應(yīng)的.h文件，但函數(shù)名要包含相應(yīng)的完整的包、類名。

4.編輯相應(yīng)文件內(nèi)容。

Android.mk文件：

# Copyright (C) 2009 The Android Open Source Project

#

# Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");

# you may not use this file except in compliance with the License.

# You may obtain a copy of the License at

#

#      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0

#

# Unless required by applicable law or agreed to in writing, software

# distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,

# WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.

# See the License for the specific language governing permissions and

# limitations under the License.

#

LOCAL_PATH := $(call my-dir)

include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_MODULE    := myjni

LOCAL_SRC_FILES := myjni.c

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

myjni.c文件：

#include <string.h>

#include <jni.h>

jstring

Java_com_hello_NdkTest_NdkTest_stringFromJNI( JNIEnv* env,

                                                  jobject thiz )

{

    return (*env)->NewStringUTF(env, "Hello from My-JNI !");

}

myjni文件組織：

a@ubuntu:~/work/android/ndk-1.6_r1/apps$ tree myjni

myjni

|-- Application.mk

`-- project

    |-- jni

    |   |-- Android.mk

    |   `-- myjni.c

    `-- libs

        `-- armeabi

            `-- libmyjni.so

4 directories, 4 files

5.編譯：make APP=myjni.

以上內(nèi)容在ubuntu完成。以下內(nèi)容在windows中完成。當(dāng)然也可以在ubuntu中完成。

6.在eclipsh中創(chuàng)建android application。將myjni中自動生成的libs文件夾拷貝到當(dāng)前工程文件夾中，編譯運行即可。

NdkTest.java文件：

package com.hello.NdkTest;

import android.app.Activity;

import android.os.Bundle;

import android.widget.TextView;

public class NdkTest extends Activity {

    /** Called when the activity is first created. */

    @Override

    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

        super.onCreate(savedInstanceState);

        TextView  tv = new TextView(this);

        tv.setText( stringFromJNI() );

        setContentView(tv);

    }

    public native String  stringFromJNI();

    static {

        System.loadLibrary("myjni");

    }

}

對于二中生成的so文件也可采用一中的方法push到avd中運行。