JNI概述

JNI（Java Native Interface,Java本地接口）是一种编程框架使得Java虚拟机中的Java程序可以调用本地应用/或库,也可以被其他程序调用； 本地程序一般是用其它语言C，C++或汇编语言编写的, 并且被编译为基于本机硬件和操作系统的程序；在Android平台，为了更方便开发者的使用和增强其功能性，Android提供了NDK来更方便开发者的开发

Android系统按语言来划分的话由两个世界组成，分别是Java世界和Native世界； 那为何要这么划分呢？Android系统由Java写很差吗？除了性能的以外，最主要的缘由就是在Java诞生以前，就有不少程序和库都是由Native语言写的，所以， 重复利用这些Native语言编写的库是十分必要的，何况Native语言编写的库具备更好的性能

这样就产生了一个问题， Java世界的代码要怎么使用Native世界的代码呢？这就须要一个桥梁来将它们链接在一块儿，而JNI就是这个桥梁

经过JNI，Java世界的代码就能够访问Native世界的代码，一样的，Native世界的代码也能够访问Java世界的代码

JNI，全名 Java Native Interface，是Java本地接口； JNI是Java调用Native 语言的一种特性，通过JNI可以使得Java与C/C++机型交互；简单点说就是JNI是Java中调用C/C++的统称

JNI：是java与其他语言通信的桥梁

需要用到JNI技术的地方：

● 需要调用java语言不支持的依赖于操作系统平台特性的一些功能

● 为了整合一些以前的非java语言开发的系统

● 为了节省程序的运行时间。必须采用其他语言(比如：c/c++)来提升运行效率

JNI在android中的运用场景：

● 热修复

● 插件化

● 逆向开发

● 系统源码调用等

为什么要有JNI？

JNI允许程序员用其他编程语言来解决用纯粹的Java代码不好处理的情况； 例如：Java标准库不支持的平台相关功能或者程序库；也用于改造已存在的用其它语言写的程序, 供Java程序调用。许多基于JNI的标准库提供了很多功能给程序员使用, 例如文件I/O、音频相关的功能

当然，也有各种高性能的程序，以及平台相关的API实现, 允许所有Java应用程序安全并且平台独立地使用这些功能； Java层可以用来负责UI功能实现，而C++负责进行计算操作

JNI框架允许Native方法调用Java对象； 就像Java程序访问Native对象一样方便；Native方法可以创建Java对象，读取这些对象, 并调用Java对象执行某些方法。当然Native方法也可以读取由Java程序自身创建的对象,并调用这些对象的方法

通常在以下几种情况下考虑使用JNI：

对处理速度有要求

● Java代码运行速度要比本地代码（C/C++）运行速度慢一些，假设对程序的运行速度有较高的要求

● 能够考虑使用C/C++编写代码，然后在通过Java代码调用基于C/C++编写的部分

硬件控制

● 如前面所述：Java运行在虚拟机中，和真实运行的物理硬件之间是相互隔离的，通常我们使用本地代码C实现对硬件驱动的控制，然后再通过Java代码调用本地硬件控制代码

复用本地代码

● 假设程序的处理逻辑已经由本地代码实现并封装成了库，就没有必要再又一次使用Java代码实现一次；直接复用该本地代码，即提高了编程效率，又确保了程序的安全性和健壮性

局部引用与全局引用

Java代码与本地代码里在进行參数传递与返回值复制的时候，要注意数据类型的匹配； 对于int, char等基本类型直接进行拷贝就可以，对于Java中的对象类型，通过传递引用实现

JVM保证全部的Java对象正确的传递给了本地代码； 而且维持这些引用，因此这些对象不会被Java的gc（垃圾收集器）回收

因此，本地代码必须有一种方式来通知JVM本地代码不再使用这些Java对象；让gc来回收这些对象

JNI将传递给本地代码的对象分为两种：局部引用和全局引用

局部引用：

● 仅仅在上层Java调用本地代码的函数内有效，当本地方法返回时，局部引用自己主动回收

全局引用：

● 仅仅有显示通知VM时：全局引用才会被回收，否则一直有效，Java的gc不会释放该引用的对象

局部引用

默认的话，传递给本地代码的引用是局部引用

全部的JNI函数的返回值都是局部引用

<pre mdtype="fences" cid="n72" lang="" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" spellcheck="false" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: var(--monospace); font-size: 0.9em; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; background-image: inherit; background-position: inherit; background-size: inherit; background-repeat: inherit; background-attachment: inherit; background-origin: inherit; background-clip: inherit; background-color: rgb(248, 248, 248); position: relative !important; border: 1px solid rgb(231, 234, 237); border-radius: 3px; padding: 8px 4px 6px; margin-bottom: 15px; margin-top: 15px; width: inherit; color: rgb(51, 51, 51); font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">jstring MyNewString(JNIEnv *env, jchar *chars,jint len)

{

staticjclassstringClass = NULL;              //static 不能保存一个局部引用

jmethodIDcid;

jcharArrayelemArr;

jstringresult;

if(stringClass== NULL) {

stringClass =env->FindClass("java/lang/String");    // 局部引用

if(stringClass == NULL) {

return NULL; /* exception thrown */

 }

 }

 /* 本地代码中创建的字符串为局部引用，当函数返回后字符串有可能被gc回收 */

 cid =env->GetMethodID(stringClass,"<init>","([C)V");

 result=env->NewStringUTF(stringClass, cid, “Hello World”);

 returnresult;

}</pre>

尽管局部引用会在本地代码运行之后自己主动释放，可是有下列情况时；要手动释放：

● 本地代码訪问一个非常大的Java对象时，在使用完该对象后； 本地代码要去运行比較复杂耗时的运算时，由于本地代码还没有返回。Java收集器无法释放该本地引用的对象，这时，应该手动释放掉该引用对象

● 本地代码创建了大量局部引用； 这可能会导致JNI局部引用表溢出，此时有必要及时地删除那些不再被使用的局部引用

比方：在本地代码里创建一个非常大的对象数组

jni.h头文件里定义了JNI本地方法与Java方法映射关系结构体JNINativeMethod

● 创建的工具函数，它会被未知的代码调用，在工具函数里使用完的引用要及时释放

● 不返回的本地函数

比如，一个可能进入无限事件分发的循环中的方法

此时在循环中释放局部引用，是至关重要的，这样才干不会无限期地累积；进而导致内存泄露

局部引用仅仅在创建它们的线程里有效；本地代码不能将局部引用在多线程间传递。一个线程想要调用还有一个线程创建的局部引用是不被同意的

将一个局部引用保存到全局变量中，然后在其他线程中使用它，这是一种错误的编程

全局引用

在一个本地方法被多次调用时，能够使用一个全局引用跨越它们

一个全局引用能够跨越多个线程，而且在被程序猿手动释放之前，一直有效； 和局部引用一样,全局引用保证了所引用的对象不会被垃圾回收

JNI同意程序猿通过局部引用来创建全局引用, 全局引用仅仅能由NewGlobalRef函数创建

以下是一个使用全局引用样例：

<pre mdtype="fences" cid="n94" lang="" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" spellcheck="false" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: var(--monospace); font-size: 0.9em; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; background-image: inherit; background-position: inherit; background-size: inherit; background-repeat: inherit; background-attachment: inherit; background-origin: inherit; background-clip: inherit; background-color: rgb(248, 248, 248); position: relative !important; border: 1px solid rgb(231, 234, 237); border-radius: 3px; padding: 8px 4px 6px; margin-bottom: 15px; margin-top: 15px; width: inherit; color: rgb(51, 51, 51); font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">jstringMyNewString(JNIEnv *env, jchar *chars,jint len)

{

staticjclassstringClass = NULL;

...省略部分代码

if(stringClass == NULL) {

jclasslocalRefCls =env->FindClass("java/lang/String");

if(localRefCls == NULL) {

return NULL;

}

/*创建全局引用并指向局部引用 */

stringClass = env->NewGlobalRef(localRefCls);

/*删除局部引用 */

env->DeleteLocalRef(localRefCls);

/*推断全局引用是否创建成功 */

if(stringClass == NULL) {

return NULL; /* out of memory exception thrown */

}

}

}</pre>

在native代码不再须要訪问一个全局引用的时候，应该调用DeleteGlobalRef来释放它。假设调用这个函数失败。Java VM将不会回收相应的对象

Native方法注册

静态注册

新建 xx.java 也就是 JNI 对应的 Java层的类其中定义好要使用的方法 在xx.java目录下执行下面两条命令

<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" lang="" cid="n115" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: var(--monospace); font-size: 0.9em; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; background-image: inherit; background-position: inherit; background-size: inherit; background-repeat: inherit; background-attachment: inherit; background-origin: inherit; background-clip: inherit; background-color: rgb(248, 248, 248); position: relative !important; border: 1px solid rgb(231, 234, 237); border-radius: 3px; padding: 8px 4px 6px; margin-bottom: 15px; margin-top: 15px; width: inherit; color: rgb(51, 51, 51); font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">javac com/example/xx.java
javah com.example.xx</pre>

第二条命令会在当前目录下生成 com_example_xx.h 文件，其中会生成对应的C++ 层方法，命名格式为 包名+类名+方法名的格式，用"_"分割 静态注册就是根据方法名，将Java方法和JNI函数建立关联，但它有以下缺点： 1、JNI层的函数名称过长； 2、声明Native方法类需要用javah生成头文件 3、初次调用Native方法时需要建立关联，影像效率 (2) 动态注册

JNI中有一种结构用来记录 Java 的 Native 方法和JNI 方法的关联关系，它就是 JNINativeMethod，它在 jni.h 中被定义

<pre mdtype="fences" cid="n108" lang="" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" spellcheck="false" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: var(--monospace); font-size: 0.9em; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; background-image: inherit; background-position: inherit; background-size: inherit; background-repeat: inherit; background-attachment: inherit; background-origin: inherit; background-clip: inherit; background-color: rgb(248, 248, 248); position: relative !important; border: 1px solid rgb(231, 234, 237); border-radius: 3px; padding: 8px 4px 6px; margin-bottom: 15px; margin-top: 15px; width: inherit; color: rgb(51, 51, 51); font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">typedef struct{
 const char* name;//Java方法的名字
 const char* signature;//Java方法的签名信息
 void* fnPtr; //JNI中对应的方法指针
}JNINativeMethod;</pre>

系统的 MediaRecorder采用的就是动态注册，我们来看它的JNI层是怎么做的

定义 JNINativeMethod类型的数组 gMethods，里面存储的就是 MediaRecorder 的 Native 方法与 JNI 层函数的对应关系

<pre mdtype="fences" cid="n122" lang="" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" spellcheck="false" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: var(--monospace); font-size: 0.9em; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; background-image: inherit; background-position: inherit; background-size: inherit; background-repeat: inherit; background-attachment: inherit; background-origin: inherit; background-clip: inherit; background-color: rgb(248, 248, 248); position: relative !important; border: 1px solid rgb(231, 234, 237); border-radius: 3px; padding: 8px 4px 6px; margin-bottom: 15px; margin-top: 15px; width: inherit; color: rgb(51, 51, 51); font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">//frameworks/base/media/jni/android_media_MediaRecorder.cpp
static const JNINativeMethod gMethods[] = {
 {"start", "()V", (Void*)android_media_MediaRecord_Start}, ...
}</pre>

其中start 是 java 层的Native方法，对应的JNI 层的函数为 android_media_MediaRecord_start; ()V是start方法的签名信息； 定义完该数组后还需注册它，注册的函数为 register_android_media_MediaRecorder

JNI_OnLoad 函数会在调用 System.LoadLibrary 函数后调用； 因此，注册函数就被统一定义在android_media_MediaPlayer.cpp 的 JNI_OnLoad函数中

在register_android_media_MediaRecorder 方法中返回了 AndroidRuntime 的 registerNativeMethods 函数，也就是会调用该方法

在Android Runtime的registerNativeMethods函数中又返回了jniRegisterNativeMethods函数，它被定义在 JNI 帮助类 JNIHelp.cpp 中

jniRegisterNativeMethods 方法中最终通过调用的 JNIEnv 的 RegisterNatives 函数来完成JNI的注册数据类型的转换、基本数据类型的转换； 基本数据类型转换除了最后一行的 void，其他的数据类型只需要在前面加上 “j” 就可以了，第三列的 Signature 代表签名格式

Java	Native	Signature
byte	jbyte	B
char	jchar	C
boolean	jboolean	Z
void	void	V

引用数据类型的转换数组的 JNI 层数据类型需要以 “Array” 结尾，签名格式的开头都会有 “I”； 需要注意有些数据类型的签名以 ";” 结尾， 引用数据类型还具有继承关系 jclass、jstring、jarray和jthrowable都继承 jobject，而 jobjectArray、jintArray和jlongArray等类型都继承 jarray

尾述

技术是无止境的，你需要对自己提交的每一行代码、使用的每一个工具负责，不断挖掘其底层原理，才能使自己的技术升华到更高的层面

Android 架构师之路还很漫长，与君共勉

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