JNI不仅仅在NDK开发中应用,它更是Android系统中Java与Native交互的桥梁,不理解JNI的话,你就只能停留在Java Framework层。这一个系列我们来一起深入学习JNI。
1.JNI概述
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。那为什么要这么划分呢?Android系统由Java写不好吗?除了性能的之外,最主要的原因就是在Java诞生之前,就有很多程序和库都是由Native语言写的,因此,重复利用这些Native语言编写的库是十分必要的,况且Native语言编写的库具有更好的性能。
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,这就需要一个桥梁来将它们连接在一起,而JNI就是这个桥梁。
通过JNI,Java世界的代码就可以访问Native世界的代码,同样的,Native世界的代码也可以访问Java世界的代码。 为了讲解JNI我们需要分析系统的源码,在即将出版的《Android进阶之光》的最后一章中我拿MediaPlayer框架做了举例,这里换MediaRecorder框架来举例,它和MediaPlayer框架的调用过程十分类似。
MediaRecorder我们应该都不陌生,它用于录音和录像。这里不会主要介绍MediaRecorder框架,而是MediaRecorder框架中的JNI。
Java世界对应的是MediaRecorder.java,也就是我们应用开发中直接调用的类。JNI层对用的是libmedia_jni.so,它是一个JNI的动态库。Native层对应的是libmedia.so,这个动态库完成了实际的调用的功能。
我们先来查看MediaRecorder.java的源码,截取部分和JNI有关的部分如下所示。 frameworks/base/media/java/android/media/MediaRecorder.java
在静态代码块中首先调用了注释1处的代码,用来加载名为“media_jni“的动态库,也就是libmedia_jni.so。接着调用注释2处的native_init方法,注释3处的native_init方法用native来修饰,说明它是一个native方法,表示由JNI来实现。MediaRecorder的start方法同样也是一个native方法。 对于Java层来说只需要加载对应的JNI库,接着声明native方法就可以了,剩下的工作由JNI层来完成。
MediaRecorder的JNI层由android_media_recorder.cpp实现,native方法native_init和start的JNI层实现如下所示。 frameworks/base/media/jni/android_media_MediaRecorder.cpp
android_media_MediaRecorder_native_init方法是native_init方法在JNI层的实现,android_media_MediaRecorder_start方法则是start方法在JNI层的实现。那么,native_init方法是如何找到对应的android_media_MediaRecorder_native_init方法的呢? 这就需要了解JNI方法注册的知识。
JNI方法注册分为静态注册和动态注册,其中静态注册多用于NDK开发,而动态注册多用于Framework开发。
在AS中新建一个Java Library名为media,这里仿照系统的MediaRecorder.java,写一个简单的MediaRecorder.java,如下所示。
接着进入项目的media/src/main/java目录中执行如下命令:
第二个命令会在当前目录中(media/src/main/java)生成com_example_MediaRecorder.h文件,如下所示。
nativeinit方法被声明为注释1处的方法,格式为`Java包名类名方法名`,注释1处的方法名多了一个“l”,这是因为nativeinit方法有一个“”,它会在转换为JNI方法时变成“_l”。 其中JNIEnv 是一个指向全部JNI方法的指针,该指针只在创建它的线程有效,不能跨线程传递。 jclass是JNI的数据类型,对应Java的java.lang.Class实例。jobject同样也是JNI的数据类型,对应于Java的Object。关于JNIEnv 以及JNI的数据类型会在本系列的后续文章中进行介绍。
当我们在Java中调用native_init方法时,就会从JNI中寻找Java_com_example_MediaRecorder_native_1init方法,如果没有就会报错,如果找到就会为native_init和
Java_com_example_MediaRecorder_native_1init建立关联,其实是保存JNI的方法指针,这样再次调用native_init方法时就会直接使用这个方法指针就可以了。
静态注册就是根据方法名,将Java方法和JNI方法建立关联,但是它有一些缺点:
我们知道,静态注册就是Java的Native方法通过方法指针来与JNI进行关联的,如果Native方法知道它在JNI中对应的方法指针,就可以避免上述的缺点,这就是动态注册。
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:
系统的MediaRecorder采用的就是动态注册,我们来查看它的JNI层是怎么做的。 frameworks/base/media/jni/android_media_MediaRecorder.cpp
上面定义了一个JNINativeMethod类型的gMethods数组,里面存储的就是MediaRecorder的Native方法与JNI层方法的对应关系,其中注释1处”start”是Java层的Native方法,它对应的JNI层的方法为android_media_MediaRecorder_start。”()V”是start方法的签名信息,关于Java方法的签名信息后续的文章会介绍。 只定义JNINativeMethod 类型的数组是没有用的,还需要注册它,注册的方法为register_android_media_MediaRecorder: frameworks/base/media/jni/android_media_MediaRecorder.cpp
register_android_media_MediaRecorder方法中return了AndroidRuntime的registerNativeMethods方法,如下所示。 frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp
registerNativeMethods方法中又return了jniRegisterNativeMethods方法: external/conscrypt/src/openjdk/native/JNIHelp.cpp
从注释1处可以看出,最终调用的JNIEnv的RegisterNatives方法,JNIEnv在JNI中十分重要,后续文章会介绍它。
register_android_media_MediaRecorder方法最终会调用JNIEnv的RegisterNatives方法,但是register_android_media_MediaRecorder方法是在哪被调用的呢?答案在register_android_media_MediaRecorder方法的注释上:JNI_OnLoad in android_media_MediaPlayer.cpp。这个JNI_OnLoad方法会在System.loadLibrary方法后调用,因为多媒体框架中的很多框架都要进行JNINativeMethod数组注册,因此,注册方法就被统一定义在android_media_MediaPlayer.cpp中的JNI_OnLoad方法中,如下所示。 frameworks/base/media/jni/android_media_MediaPlayer.cpp
在JNI_OnLoad方法中调用了整个多媒体框架的注册JNINativeMethod数组的方法,注释1处的调用了register_android_media_MediaRecorder方法,同样的,MediaPlayer框架的注册JNINativeMethod数组的方法register_android_media_MediaPlayer也被调用了。
关于动态注册就讲到这里,更多深入JNI的知识请见本系列后续的文章。
参考资料 《深入理解Android卷I》