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从JNI_OnLoad看so的加载

前言

最近在看 FlutterDartJava 使用 MethodChannel 进行通信相关的代码,有上层一直跟到了底层。最后看到了 MethodChannel 的注册是在 JNI_OnLoad 的方法中。这个方法是在 so 被加载的时候调用的。今天主要从so 的加载看一下 JNI_OnLoad 的调用。

Flutter的so加载

我们先从 Application 的代码看起:

FlutterApplication.onCreate;
|--FlutterMain.startInitialization(Context applicationContext);
|--|--FlutterMain.startInitialization(Context applicationContext, FlutterMain.Settings settings);

public static void startInitialization(Context applicationContext, FlutterMain.Settings settings) {
    if (Looper.myLooper() != Looper.getMainLooper()) {
        throw new IllegalStateException("startInitialization must be called on the main thread");
    } else if (sSettings == null) {
        sSettings = settings;
        long initStartTimestampMillis = SystemClock.uptimeMillis();
        initConfig(applicationContext);
        initAot(applicationContext);
        initResources(applicationContext);
        System.loadLibrary("flutter");
        long initTimeMillis = SystemClock.uptimeMillis() - initStartTimestampMillis;
        nativeRecordStartTimestamp(initTimeMillis);
    }
}

startInitialization 我们调用了 System.loadLibrary("flutter") 进行 flutterso 加载。

so的加载

AndroidP源码:

System.loadLibrary(libName);
|--Runtime.loadLibrary0(libName,classLoader);
|--|--|--Runtime.nativeLoad(name,loader,ldLibraryPath);
|--|--|--Runtime_nativeLoad(JNIEnv* env, jclass, jstring javaFilename, jobject javaLoader, jstring javaLdLibraryPath);
|--|--|--|--JVM_NativeLoad(env, javaFilename, javaLoader);
|--|--|--|--JavaVMExt::LoadNativeLibrary(const std::string& path,Handle<mirror::ClassLoader> class_loader,std::string* detail)
|--|--|--|--|--android::OpenNativeLibrary(dlopen);
|--|--|--|--|--|--SharedLibrary.FindSymbol;
|--|--|--|--|--|--SharedLibrary.FindSymbolWithoutNativeBridge(dlsym);

bool JavaVMExt::IsBadJniVersion(int version) {
  // We don't support JNI_VERSION_1_1. These are the only other valid versions.
  return version != JNI_VERSION_1_2 && version != JNI_VERSION_1_4 && version != JNI_VERSION_1_6;
}
bool JavaVMExt::LoadNativeLibrary(JNIEnv* env,
                                  const std::string& path,
                                  jobject class_loader,
                                  std::string* error_msg) {
  /******部分代码省略******/
  bool was_successful = false;
  void* sym = library->FindSymbol("JNI_OnLoad", nullptr);
  if (sym == nullptr) {
    VLOG(jni) << "[No JNI_OnLoad found in \"" << path << "\"]";
    was_successful = true;
  } else {
    ScopedLocalRef<jobject> old_class_loader(env, env->NewLocalRef(self->GetClassLoaderOverride()));
    self->SetClassLoaderOverride(class_loader);
    VLOG(jni) << "[Calling JNI_OnLoad in \"" << path << "\"]";
    //定义一个名为JNI_OnLoadFn的函数指针,参数为(JavaVM*, void*),返回值类型为int
    typedef int (*JNI_OnLoadFn)(JavaVM*, void*);
    //将JNI_OnLoadFn指向sym也就是JNI_OnLoad函数
    JNI_OnLoadFn jni_on_load = reinterpret_cast<JNI_OnLoadFn>(sym);
    //调用JNI_OnLoad方法,返回jni版本号
    int version = (*jni_on_load)(this, nullptr);
    if (runtime_->GetTargetSdkVersion() != 0 && runtime_->GetTargetSdkVersion() <= 21) {
      EnsureFrontOfChain(SIGSEGV);
    }
    self->SetClassLoaderOverride(old_class_loader.get());
    if (version == JNI_ERR) {//JNI_ERR=-1
      StringAppendF(error_msg, "JNI_ERR returned from JNI_OnLoad in \"%s\"", path.c_str());
    } else if (JavaVMExt::IsBadJniVersion(version)) {//错误的jni版本
      StringAppendF(error_msg, "Bad JNI version returned from JNI_OnLoad in \"%s\": %d",
                    path.c_str(), version);
    } else {
      was_successful = true;
    }
    VLOG(jni) << "[Returned " << (was_successful ? "successfully" : "failure")
              << " from JNI_OnLoad in \"" << path << "\"]";
  }
  library->SetResult(was_successful);
  return was_successful;
}

上面这个过程我们证明了 so 的加载会调用 JNI_OnLoad 。 其中 Runtime_nativeLoad 方法是通过动态注册实现的。

相同的我们也可以看 JNI_OnUnload 方法,当虚拟机释放该C库时,则会调用JNI_OnUnload()函数来进行善后清除动作。

dlopen、dlsym

使用dlopen,dlsym调用JNI_OnLoad方法;

  • dlopen以指定模式打开指定的动态连接库文件,并返回一个句柄给调用进程;
  • dlerror返回出现的错误;
  • dlsym通-过句柄和连接符名称获取函数名或者变量名;
  • dlclose来卸载打开的库;

dlfcn.c 文件:

#ifndef DLFCN_H
#define DLFCN_H
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
#if defined(DLFCN_WIN32_EXPORTS)
#   define DLFCN_EXPORT __declspec(dllexport)
#else
#   define DLFCN_EXPORT
#endif
#define RTLD_LAZY   0
#define RTLD_NOW    0
#define RTLD_GLOBAL (1 << 1)
#define RTLD_LOCAL  (1 << 2)
#define RTLD_DEFAULT    ((void *)0)
#define RTLD_NEXT       ((void *)-1)
DLFCN_EXPORT void *dlopen ( const char *file, int mode );
DLFCN_EXPORT int   dlclose(void *handle);
DLFCN_EXPORT void *dlsym(void *handle, const char *name);
DLFCN_EXPORT char *dlerror(void);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif /* DLFCN_H */

native方法的动态注册

前面我们就有讲过在 so 被加载之后会调用 JNI_OnLoad 方法,我们这次反过来看一下 JNI_OnLoad 加载 native 方法。

在 /libcore/ojluni/src/main/native/Register.cpp 文件中有一个 JNI_OnLoad 方法,它在内部进行了 register_java_lang_Runtime(env); 的注册。register_java_lang_Runtime 的实现在 /libcore/ojluni/src/main/native/Runtime.c 文件中:

JNIEXPORT jstring JNICALL
Runtime_nativeLoad(JNIEnv* env, jclass ignored, jstring javaFilename,
                   jobject javaLoader){
    return JVM_NativeLoad(env, javaFilename, javaLoader);
}
static JNINativeMethod gMethods[] = {
  FAST_NATIVE_METHOD(Runtime, freeMemory, "()J"),
  FAST_NATIVE_METHOD(Runtime, totalMemory, "()J"),
  FAST_NATIVE_METHOD(Runtime, maxMemory, "()J"),
  NATIVE_METHOD(Runtime, gc, "()V"),
  NATIVE_METHOD(Runtime, nativeExit, "(I)V"),
  //java.lang.Runtime.nativeLoad方法的native注册
  NATIVE_METHOD(Runtime, nativeLoad,
                "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/ClassLoader;)"
                    "Ljava/lang/String;"),
};

void register_java_lang_Runtime(JNIEnv* env) {
  jniRegisterNativeMethods(env, "java/lang/Runtime", gMethods, NELEM(gMethods));
}

总结

从上面的过程分析我们看到了 so 的加载以及它的注册 JNI_OnLoad 和反注册 JNI_OnUnload 方法的调用,以及 native 方法的注册。

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