JNI动态注册native方法及JNI数据使用

前言

或许你知道了jni的简单调用,其实不算什么百度谷歌一大把,虽然这些jni绝大多数情况下都不会让我们安卓工程师来弄,毕竟还是有点难,但是我们还是得打破砂锅知道为什么这样干吧,至少也让我们知道调用流程和数据类型以及处理方法,或许你会有不一样的发现。

今天也给出一个JNI动态注册native方法的例子,如图: 

JNI实现步骤

JNI 开发流程主要分为以下步骤:

  • 编写声明了 native 方法的 Java 类
  • 将 Java 源代码编译成 class 字节码文件
  • 用 javah -jni 命令生成.h头文件(javah 是 jdk 自带的一个命令,-jni 参数表示将 class 中用native 声明的函数生成 JNI 规则的函数)
  • 用本地代码(c/c++)实现.h头文件中的函数
  • 将(c/c++)文件编译成动态库(Windows:*.dll,linux/unix:*.so,mac os x:*.jnilib)
  • 拷贝动态库至本地库目录下,并运行 Java 程序(System.loadLibrary(“xxx”))

我们安卓开发工程师显然只需要编写native的java类,然后clean下编译器知道把我们的java编译成了class文件,但是我们必须知道是调用了javac命令,javah jni命令我们还是得执行,其他的工作就差不多了,不管是什么编译器,反正jni步骤就这样。

JVM 查找 native 方法

JVM 查找 native 方法有两种方式:

  • 按照 JNI 规范的命名规则
  • 调用 JNI 提供的 RegisterNatives 函数,将本地函数注册到 JVM 中。

是不是感到特别的意外,jni还能够利用RegisterNatives 函数查找native方法,其实我也才刚刚知道有这方法,因为要根据包名类名方法名的规范来写是很傻逼的,哈哈,有的人或许觉得这样很直观。

严格按照命名规则实现native方法的调用

我们还是按步骤来说吧,先来解读JNI规范的命名规则:

* 我们先来看下.h文件 *

#include 

#ifndef _Included_com_losileeya_jnimaster_JNIUtils
#define _Included_com_losileeya_jnimaster_JNIUtils
#ifdef __cplusplus
extern  {
#endif

JNIEXPORT jstring JNICALL  Java_com_losileeya_jnimaster_JNIUtils_say
        (JNIEnv *, jclass,jstring);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

我们再来看下Linux 下jni_md.h头文件内容:

#ifndef _JAVASOFT_JNI_MD_H_  
#define _JAVASOFT_JNI_MD_H_  
#define JNIEXPORT  
#define JNIIMPORT  
#define JNICALL  
typedef int jint;  
#ifdef _LP64 /* 64-bit Solaris */  
typedef long jlong;  
#else  
typedef long long jlong;  
#endif  
typedef signed char jbyte;  
#endif  

从上面我们可以看出文件以#ifndef开始然后#endif 结尾,不会C的话是不是看起来有点蛋疼,#号呢代表宏,这里来普及一下宏的使用和定义。

#define 标识符 字符串  其中,#表示这是一条预处理命令;#define为宏定义命令;“标识符”为宏定义的宏名;“字符串”可以上常数、表达式、格式串等。

举例如下:

#define PI 3.14 
void main()
{
printf(, PI); 
}

条件编译的命令

#ifndef def
语句1
# else
语句2
# endif
表示如果def在前面进行了宏定义那么就编译语句1(语句2不编译),否则编译语句2(语句1不编译)

再看我们.h文件并没有else,所以我们就编译宏定义的本地方法类(com_losileeya_jnimaster_JNIUtils),你突然就会发现我们的宏是我们的native类,然后把包名点类名的点改成了下划线,然后你会发现多了_Included不要多想,就是included关键字加个下划线,这样我们就给本地类进行了宏定义。然后

#ifdef __cplusplus  extern “C” {#endif

这是说明如果宏定义了c++,并且里面有c我们还是支持c的,并且c代码写extern “C” {}里面。可以看出#endif对应上面的#ifdef-cplusplus,#ifdef-cplusplus对应最后的#endif, #ifdef与#endif总是一一对应的,表明条件编译开始和结束。

JNIEXPORT 和 JNICALL 的作用 因为安卓是跑在 Linux 下的,所以从 Linux 下的jni_md.h头文件可以看出来,JNIEXPORT 和 JNICALL 是一个空定义,所以在 Linux 下 JNI 函数声明可以省略这两个宏。  再来看我们的方法:

JNIEXPORT jstring JNICALL  Java_com_losileeya_jnimaster_JNIUtils_say
        (JNIEnv *, jclass,jstring)

函数命名规则为:Java_类全路径_方法名。  如:Java_com_losileeya_jnimaster_JNIUtils_say,其中Java_是函数的前缀,com_losileeya_jnimaster_JNIUtils是类名,say是方法名,它们之间用 _(下划线) 连接。

  • 第一个参数:JNIEnv* 是定义任意 native 函数的第一个参数(包括调用 JNI 的 RegisterNatives 函数注册的函数),指向 JVM 函数表的指针,函数表中的每一个入口指向一个 JNI 函数,每个函数用于访问 JVM 中特定的数据结构。
  • 第二个参数:调用 Java 中 native 方法的实例或 Class 对象,如果这个 native 方法是实例方法,则该参数是 jobject,如果是静态方法,则是 jclass。
  • 第三个参数:Java 对应 JNI 中的数据类型,Java 中 String 类型对应 JNI 的 jstring 类型。(后面会详细介绍 JAVA 与 JNI 数据类型的映射关系)。

函数返回值类型:夹在 JNIEXPORT 和 JNICALL 宏中间的 jstring,表示函数的返回值类型,对应 Java 的String 类型。

如果你需要装逼的话你就可以自己去写.h文件,然后就可以抛弃javah -jni 命令,只需要按照函数命名规则编写相应的函数原型和实现即可(逼就是这么装出来的)

RegisterNatives动态获取本地方法

是不是感觉一个方法的名字太长非常的蛋疼,然后我们呢直接使用,RegisterNatives来自己命名调用native方法,这样是不是感觉好多了。

要实现呢,我们必须重写JNI_OnLoad()方法这样就会当调用 System.loadLibrary(“XXXX”)方法的时候直接来调用JNI_OnLoad(),这样就达到了动态注册实现native方法的作用。

/*
* System.loadLibrary()时调用
* 如果成功返回JNI版本, 失败返回-1
*/
JNIEXPORT jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved) {
    JNIEnv* env = NULL;
    jint result = -1;
    if ((*vm)->GetEnv(vm, (void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
        return -1;
    }
    assert(env != NULL);
    if (!registerNatives(env)) {//注册
        return -1;
    }
    //成功
    result = JNI_VERSION_1_4;
    return result;
}

并且我们需要为类注册本地方法,那样就能方便我们去调用,不多说看方法:

static int registerNatives(JNIEnv* env) {
    return registerNativeMethods(env, JNIREG_CLASS, gMethods,sizeof(gMethods) / sizeof(gMethods[0]));
}

也可以为某一个类注册本地方法

static int registerNativeMethods(JNIEnv* env
        , const char* className
        , JNINativeMethod* gMethods, int numMethods) {
    jclass clazz;
    clazz = (*env)->FindClass(env, className);
    if (clazz == NULL) {
        return JNI_FALSE;
    }
    if ((*env)->RegisterNatives(env, clazz, gMethods, numMethods) < 0) {
        return JNI_FALSE;
    }
    return JNI_TRUE;
}

JNINativeMethod 结构体的官方定义

typedef struct {  
  const char* name;  
  const char* signature;  
  void* fnPtr;  
} JNINativeMethod;  
  • 第一个变量name是Java中函数的名字。
  • 第二个变量signature,用字符串是描述了Java中函数的参数和返回值
  • 第三个变量fnPtr是函数指针,指向native函数。前面都要接 (void *) 第一个变量与第三个变量是对应的,一个是java层方法名,对应着第三个参数的native方法名字(不明白请看后面代码就会清楚了)。

哈哈最后我们就把native方法绑定到JNINativeMethod上我们来看下事例:

static JNINativeMethod gMethods[] = {    
    {,       ,            (void *)com_media_ffmpeg_FFMpegPlayer_setDataSource},    
    {,    ,        (void *)com_media_ffmpeg_FFMpegPlayer_setVideoSurface},    
    {,             ,                              (void *)com_media_ffmpeg_FFMpegPlayer_prepare},    
    {,              ,                              (void *)com_media_ffmpeg_FFMpegPlayer_start},    
    {,               ,                              (void *)com_media_ffmpeg_FFMpegPlayer_stop},    
    {,       ,                              (void *)com_media_ffmpeg_FFMpegPlayer_getVideoWidth},    
    {,      ,                              (void *)com_media_ffmpeg_FFMpegPlayer_getVideoHeight},    
    {,              ,                             (void *)com_media_ffmpeg_FFMpegPlayer_seekTo},    
    {,              ,                              (void *)com_media_ffmpeg_FFMpegPlayer_pause},    
    {,           ,                              (void *)com_media_ffmpeg_FFMpegPlayer_isPlaying},    
    {,  ,                              (void *)com_media_ffmpeg_FFMpegPlayer_getCurrentPosition},    
    {,         ,                              (void *)com_media_ffmpeg_FFMpegPlayer_getDuration},    
    {,            ,                              (void *)com_media_ffmpeg_FFMpegPlayer_release},    
    {,              ,                              (void *)com_media_ffmpeg_FFMpegPlayer_reset},    
    {,  ,                             (void *)com_media_ffmpeg_FFMpegPlayer_setAudioStreamType},    
    {,         ,                              (void *)com_media_ffmpeg_FFMpegPlayer_native_init},    
    {,        ,            (void *)com_media_ffmpeg_FFMpegPlayer_native_setup},    
    {,     ,                              (void *)com_media_ffmpeg_FFMpegPlayer_native_finalize},    
    {, ,                           (void *)com_media_ffmpeg_FFMpegPlayer_native_suspend_resume},    
};    

第一个参数就是我们写的方法,第三个就是.h文件里面的方法,第二个参数显得有点难度,这里会主要去讲。  主要是第二个参数比较复杂:

括号里面表示参数的类型,括号后面表示返回值。

  • “()” 中的字符表示参数,后面的则代表返回值。例如”()V” 就表示void * Fun();
  • “(II)V” 表示 void Fun(int a, int b);
  • “(II)I” 表示 int sum(int a, int b);

这些字符与函数的参数类型的映射表如下:  字符 Java类型 C类型  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

数组则以”[“开始,用两个字符表示

[I jintArray int[]  [F jfloatArray float[]  [B jbyteArray byte[]  [C jcharArray char[]  [S jshortArray short[]  [D jdoubleArray double[]  [J jlongArray long[]  [Z jbooleanArray boolean[]  如图: 

  • 对象类型:以”L”开头,以”;”结尾,中间是用”/” 隔开。如上表第1个
  • 数组类型:以”[“开始。如上表第2个(n维数组的话,则是前面多少个”[“而已,如”[[[D”表示“double[][][]”)
  • 如果Java函数的参数是class,则以”L”开头,以”;”结尾中间是用”/” 隔开的包及类名。而其对应的C函数名的参数则为jobject. 一个例外是String类,其对应的类为jstring Ljava/lang/String; String jstring  Ljava/net/Socket; Socket jobject 

如果JAVA函数位于一个嵌入类,则用作为类名间的分隔符。例如“(Ljava/lang/String;Landroid/os/FileUtilsFileStatus;)Z”

好了,所有 的介绍也完了,那么我们就来实现我们的代码:(果断把h文件删除,看效果)  JNIUtil.c:

jstring call(JNIEnv* env, jobject thiz)
{
    return (*env)->NewStringUTF(env, );
}
jint sum(JNIEnv* env, jobject jobj,jint num1,jint num2){
    return num1+num2;
}
/**
* 方法对应表
*/
static JNINativeMethod gMethods[] = {
        {, , (void*)call},
        {, , (void*)sum},
};

/*
* 为某一个类注册本地方法
*/
static int registerNativeMethods(JNIEnv* env
        , const char* className
        , JNINativeMethod* gMethods, int numMethods) {
    jclass clazz;
    clazz = (*env)->FindClass(env, className);
    if (clazz == NULL) {
        return JNI_FALSE;
    }
    if ((*env)->RegisterNatives(env, clazz, gMethods, numMethods) < 0) {
        return JNI_FALSE;
    }

    return JNI_TRUE;
}


/*
* 为所有类注册本地方法
*/
static int registerNatives(JNIEnv* env) {
    return registerNativeMethods(env, JNIREG_CLASS, gMethods,
                                 sizeof(gMethods) / sizeof(gMethods[0]));
}

/*
* System.loadLibrary()时调用
* 如果成功返回JNI版本, 失败返回-1
*/
JNIEXPORT jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved) {
    JNIEnv* env = NULL;
    jint result = -1;
    if ((*vm)->GetEnv(vm, (void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
        return -1;
    }
    assert(env != NULL);
    if (!registerNatives(env)) {//注册
        return -1;
    }
    //成功
    result = JNI_VERSION_1_4;
    return result;
}

代码写完了,主要也是利用findClass来获取方法,从而实现方法的调用。效果重现: 

demo 传送梦:RegisterNatives.rar

JNI数据类型及常用方法(JNI安全手册)

基本类型和本地等效类型表:

引用类型: 

接口函数表:

const struct JNINativeInterface ... = {
    NULL,
    NULL,
    NULL,
    NULL,
    GetVersion,

    DefineClass,
    FindClass,
    NULL,
    NULL,
    NULL,
    GetSuperclass,
    IsAssignableFrom,
    NULL,

    Throw,
    ThrowNew,
    ExceptionOccurred,
    ExceptionDescribe,
    ExceptionClear,
    FatalError,
    NULL,
    NULL,

    NewGlobalRef,
    DeleteGlobalRef,
    DeleteLocalRef,
    IsSameObject,
    NULL,
    NULL,
    AllocObject,

    NewObject,
    NewObjectV,
    NewObjectA,
    GetObjectClass,

    IsInstanceOf,

    GetMethodID,

    CallObjectMethod,
    CallObjectMethodV,
    CallObjectMethodA,
    CallBooleanMethod,
    CallBooleanMethodV,
    CallBooleanMethodA,
    CallByteMethod,
    CallByteMethodV,
    CallByteMethodA,
    CallCharMethod,
    CallCharMethodV,
    CallCharMethodA,
    CallShortMethod,
    CallShortMethodV,
    CallShortMethodA,
    CallIntMethod,
    CallIntMethodV,
    CallIntMethodA,
    CallLongMethod,
    CallLongMethodV,
    CallLongMethodA,
    CallFloatMethod,
    CallFloatMethodV,
    CallFloatMethodA,
    CallDoubleMethod,
    CallDoubleMethodV,
    CallDoubleMethodA,
    CallVoidMethod,
    CallVoidMethodV,
    CallVoidMethodA,

    CallNonvirtualObjectMethod,
    CallNonvirtualObjectMethodV,
    CallNonvirtualObjectMethodA,
    CallNonvirtualBooleanMethod,
    CallNonvirtualBooleanMethodV,
    CallNonvirtualBooleanMethodA,
    CallNonvirtualByteMethod,
    CallNonvirtualByteMethodV,
    CallNonvirtualByteMethodA,
    CallNonvirtualCharMethod,
    CallNonvirtualCharMethodV,
    CallNonvirtualCharMethodA,
    CallNonvirtualShortMethod,
    CallNonvirtualShortMethodV,
    CallNonvirtualShortMethodA,
    CallNonvirtualIntMethod,
    CallNonvirtualIntMethodV,
    CallNonvirtualIntMethodA,
    CallNonvirtualLongMethod,
    CallNonvirtualLongMethodV,
    CallNonvirtualLongMethodA,
    CallNonvirtualFloatMethod,
    CallNonvirtualFloatMethodV,
    CallNonvirtualFloatMethodA,
    CallNonvirtualDoubleMethod,
    CallNonvirtualDoubleMethodV,
    CallNonvirtualDoubleMethodA,
    CallNonvirtualVoidMethod,
    CallNonvirtualVoidMethodV,
    CallNonvirtualVoidMethodA,

    GetFieldID,

    GetObjectField,
    GetBooleanField,
    GetByteField,
    GetCharField,
    GetShortField,
    GetIntField,
    GetLongField,
    GetFloatField,
    GetDoubleField,
    SetObjectField,
    SetBooleanField,
    SetByteField,
    SetCharField,
    SetShortField,
    SetIntField,
    SetLongField,
    SetFloatField,
    SetDoubleField,
    GetStaticMethodID,
    CallStaticObjectMethod,
    CallStaticObjectMethodV,
    CallStaticObjectMethodA,
    CallStaticBooleanMethod,
    CallStaticBooleanMethodV,
    CallStaticBooleanMethodA,
    CallStaticByteMethod,
    CallStaticByteMethodV,
    CallStaticByteMethodA,
    CallStaticCharMethod,
    CallStaticCharMethodV,
    CallStaticCharMethodA,
    CallStaticShortMethod,
    CallStaticShortMethodV,
    CallStaticShortMethodA,
    CallStaticIntMethod,
    CallStaticIntMethodV,
    CallStaticIntMethodA,
    CallStaticLongMethod,
    CallStaticLongMethodV,
    CallStaticLongMethodA,
    CallStaticFloatMethod,
    CallStaticFloatMethodV,
    CallStaticFloatMethodA,
    CallStaticDoubleMethod,
    CallStaticDoubleMethodV,
    CallStaticDoubleMethodA,
    CallStaticVoidMethod,
    CallStaticVoidMethodV,
    CallStaticVoidMethodA,
    GetStaticFieldID,
    GetStaticObjectField,
    GetStaticBooleanField,
    GetStaticByteField,
    GetStaticCharField,
    GetStaticShortField,
    GetStaticIntField,
    GetStaticLongField,
    GetStaticFloatField,
    GetStaticDoubleField,
    SetStaticObjectField,
    SetStaticBooleanField,
    SetStaticByteField,
    SetStaticCharField,
    SetStaticShortField,
    SetStaticIntField,
    SetStaticLongField,
    SetStaticFloatField,
    SetStaticDoubleField,
    NewString,
    GetStringLength,
    GetStringChars,
    ReleaseStringChars,
    NewStringUTF,
    GetStringUTFLength,
    GetStringUTFChars,
    ReleaseStringUTFChars,
    GetArrayLength,
    NewObjectArray,
    GetObjectArrayElement,
    SetObjectArrayElement,
    NewBooleanArray,
    NewByteArray,
    NewCharArray,
    NewShortArray,
    NewIntArray,
    NewLongArray,
    NewFloatArray,
    NewDoubleArray,
    GetBooleanArrayElements,
    GetByteArrayElements,
    GetCharArrayElements,
    GetShortArrayElements,
    GetIntArrayElements,
    GetLongArrayElements,
    GetFloatArrayElements,
    GetDoubleArrayElements,
    ReleaseBooleanArrayElements,
    ReleaseByteArrayElements,
    ReleaseCharArrayElements,
    ReleaseShortArrayElements,
    ReleaseIntArrayElements,
    ReleaseLongArrayElements,
    ReleaseFloatArrayElements,
    ReleaseDoubleArrayElements,
    GetBooleanArrayRegion,
    GetByteArrayRegion,
    GetCharArrayRegion,
    GetShortArrayRegion,
    GetIntArrayRegion,
    GetLongArrayRegion,
    GetFloatArrayRegion,
    GetDoubleArrayRegion,
    SetBooleanArrayRegion,
    SetByteArrayRegion,
    SetCharArrayRegion,
    SetShortArrayRegion,
    SetIntArrayRegion,
    SetLongArrayRegion,
    SetFloatArrayRegion,
    SetDoubleArrayRegion,
    RegisterNatives,
    UnregisterNatives,
    MonitorEnter,
    MonitorExit,
    GetJavaVM,
};

基本上jni的数据和方法都差不多放这里了,你就可以随便开发了。这个你也可以去看  jni完全手册

JNI与C/C++数据类型的转换(效率开发)

字符数组与jbyteArray

int byteSize = (int) env->GetArrayLength(jbyteArrayData);  
unsigned char* data = new unsigned char[byteSize + 1];
env->GetByteArrayRegion(jbyteArrayData, 0, byteSize, reinterpret_cast(data));
data[byteSize] = '\0';
jbyte *jb =  (jbyte*) data;   //data是字符数组类型
jbyteArray jarray = env->NewByteArray(byteSize);   //byteSize是字符数组大小
env->SetByteArrayRegion(jarray, 0, byteSize, jb);

字符数组与jstring

char* JstringToChar(JNIEnv* env, jstring jstr) {
    if(jstr == NULL) {
        return NULL;
    }
    char* rtn = NULL;
    jclass clsstring = env->FindClass();
    jstring strencode = env->NewStringUTF();
    jmethodID mid = env->GetMethodID(clsstring, ,
            );
    jbyteArray barr = (jbyteArray) env->CallObjectMethod(jstr, mid, strencode);
    jsize alen = env->GetArrayLength(barr);
    jbyte* ba = env->GetByteArrayElements(barr, JNI_FALSE);
    if (alen > 0) {
        rtn = (char*) malloc(alen + 1);
        memcpy(rtn, ba, alen);
        rtn[alen] = 0;
    }
    env->ReleaseByteArrayElements(barr, ba, 0);
    return rtn;
}
jstring StrtoJstring(JNIEnv* env, const char* pat)
{
    jclass strClass = env->FindClass();
    jmethodID ctorID = env->GetMethodID(strClass, , );
    jbyteArray bytes = env->NewByteArray(strlen(pat));
    env->SetByteArrayRegion(bytes, 0, strlen(pat), (jbyte*)pat);
    jstring encoding = env->NewStringUTF();
    return (jstring)env->NewObject(strClass, ctorID, bytes, encoding);
}

特么最简单的可以直接使用

jstring jstr = env->NewStringUTF(str);

jint与int的互转都可以直接使用强转,如:

jint i = (jint) 1024;

上面的代码你看见了吗,都是env的一级指针来做的,所以是cpp的使用方法,如果你要转成c的那么就把env替换为(*env)好了,具体的方法可能有点小改动(请自行去参考jni手册),报错的地方请自行引入相关的.h文件,估计对你了解jni有更深的了解。

总结

本篇主要介绍了JNI动态注册native方法,并且顺便截了几个jni的图,以及使用的基本数据转换处理,至于实际应用中比如java 调用c,c调用java以及混合调用等我们都需要实践中去处理问题。

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