Android JNI学习(三)——Java与Native相互调用

本系列文章如下：

• Android JNI(一)——NDK与JNI基础
• Android JNI学习(二)——实战JNI之“hello world”
• Android JNI学习(三)——Java与Native相互调用
• Android JNI学习(四)——JNI的常用方法的中文API
• Android JNI学习(五)——Demo演示

• 1、注册native函数
• 2、JNI中的签名
• 3、native代码反调用Java层代码

思维导图如下：

image.png

前面两篇文章简单的介绍了JNI，下面我们就进一步了解下一下JNI的调用原则，要想了解JNI的调用原则， 前面我们说了JNI中的JNIEnv以及Java类型和native中的类型映射关系。下面我们先来看注册native函数

一、注册native函数

当Java代码中执行Native的代码的时候，首先是通过一定的方法来找到这些native方法。而注册native函数的具体方法不同，会导致系统在运行时采用不同的方式来寻找这些native方法。

JNI有如下两种注册native方法的途径：

• 静态注册：
  先由Java得到本地方法的声明，然后再通过JNI实现该声明方法
• 动态注册：
  先通过JNI重载JNI_OnLoad()实现本地方法，然后直接在Java中调用本地方法。

(一)、静态注册native函数

根据函数名找到对应的JNI函数；Java层调用某个函数时，会从对应的JNI中寻找该函数，如果没有就会报错，如果存在就会建立一个关联关系，以后再调用时会直接使用这个函数，这部分的操作由虚拟机完成。

静态注册就是根据函数名来遍历Java和JNI函数之间的关联，而且要求JNI层函数的名字必须遵循特定的格式。具体的实现很简单，首先在Java代码中声明native函数，然后通过javah来生成native函数的具体形式，接下来在JNI代码中实现这些函数即可。

举例如下：

public class JniDemo1{
       static {
             System.loadLibrary("samplelib_jni");
        }

        private native void nativeMethod();
}

接来下通过javah来产生jni代码，假设你的包名为com.gebilaolitou.jnidemo

javah -d ./jni/ -classpath /Users/YOUR_NAME/Library/Android/sdk/platforms/android-21/android.jar:../../build/intermediates/classes/debug/ com.gebilaolitou.jnidemo.JniDemo1

然后就会得到一个JNI的.h文件，里面包含这几个native函数的声明，观察一下文件名以及函数名。其实JNI方法名的规范就出来了：

返回值 + Java前缀+全路径类名+方法名+参数1JNIEnv+参数2jobject+其他参数

:注意事项：

• 注意分隔符：
  Java前缀与类名以及类名之间的包名和方法名之间使用"_"进行分割；
• 注意静态：
  如果在Java中声明的方法是"静态的"，则native方法也是static。否则不是
• 如果你的JNI的native方法不是通过静态注册方式来实现的，则不需要符合上面的这些规范，可以格局自己习惯随意命名

(二)、动态注册native函数

上面我们介绍了静态注册native方法的过程，就是Java层声明的nativ方法和JNI函数一一对应。以我来说，刚开始做JNI的前期，可能会遵守静态注册的流程：1、编写带有native方法的Java类，2、使用Javah命令生成.h头文件；3、编写代码实现头文件中的方法，这样的单调的标准流程，而且还要忍受这么"长"的函数名。那有没有更简单的方式呢？比如让Java层的native方法和任意JNI函数连接起来？答案是有的——动态注册，也就是通过RegisterNatives方法把C/C++中的方法映射到Java中的native方法，而无需遵循特定的方法命名格式。

当我们使用System.loadLibarary()方法加载so库的时候，Java虚拟机就会找到这个JNI_OnLoad函数兵调用该函数，这个函数的作用是告诉Dalvik虚拟机此C库使用的是哪一个JNI版本，如果你的库里面没有写明JNI_OnLoad()函数，VM会默认该库使用最老的JNI 1.1版本。由于最新版本的JNI做了很多扩充，也优化了一些内容，如果需要使用JNI新版本的功能，就必须在JNI_OnLoad()函数声明JNI的版本。同时也可以在该函数中做一些初始化的动作，其实这个函数有点类似于Android中的Activity中的onCreate()方法。该函数前面也有三个关键字分别是JNIEXPORT，JNICALL ，jint。其中JNIEXPORT和JNICALL是两个宏定义，用于指定该函数时JNI函数。jint是JNI定义的数据类型，因为Java层和C/C++的数据类型或者对象不能直接相互的引用或者使用，JNI层定义了自己的数据类型，用于衔接Java层和JNI层，这块前面已经介绍过了，我这里就不唠叨了。

PS：与JNI_OnLoad()函数相对应的有JNI_OnUnload()函数，当虚拟机释放的该C库的时候，则会调用JNI_OnUnload()函数来进行善后清除工作。

该函数会有两个参数，其中*jvm为Java虚拟机实例，JavaVM结构体定义一下函数：

DestroyJavaVM
AttachCurrentThread
DetachCurrentThread
GetEnv

下面我们就举例说明

举例说明，首先是加载so库

public class JniDemo1{
       static {
             System.loadLibrary("samplelib_jni");
        }
}

在jni中的实现

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)

并且在这个函数里面去动态的注册native方法，完整的参考代码如下：

#include <jni.h>
#include "Log4Android.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

using namespace std;

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

static const char *className = "com/gebilaolitou/jnidemo/JNIDemo2";

static void sayHello(JNIEnv *env, jobject, jlong handle) {
    LOGI("JNI", "native: say hello ###");
}

static JNINativeMethod gJni_Methods_table[] = {
    {"sayHello", "(J)V", (void*)sayHello},
};

static int jniRegisterNativeMethods(JNIEnv* env, const char* className,
    const JNINativeMethod* gMethods, int numMethods)
{
    jclass clazz;

    LOGI("JNI","Registering %s natives
", className);
    clazz = (env)->FindClass( className);
    if (clazz == NULL) {
        LOGE("JNI","Native registration unable to find class '%s'
", className);
        return -1;
    }

    int result = 0;
    if ((env)->RegisterNatives(clazz, gJni_Methods_table, numMethods) < 0) {
        LOGE("JNI","RegisterNatives failed for '%s'
", className);
        result = -1;
    }

    (env)->DeleteLocalRef(clazz);
    return result;
}

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved){
    LOGI("JNI", "enter jni_onload");

    JNIEnv* env = NULL;
    jint result = -1;

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

    jniRegisterNativeMethods(env, className, gJni_Methods_table, sizeof(gJni_Methods_table) / sizeof(JNINativeMethod));

    return JNI_VERSION_1_4;
}

#ifdef __cplusplus
}
#endif

我们一个个来说，首先看JNI_OnLoad函数的实现，里面代码很简单，主要就是两个代码块，一个是if语句，一个是jniRegisterNativeMethods函数的实现。那我们一个一个来分析。

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

这里调用了GetEnv函数时为了获取JNIEnv结构体指针，其实JNIEnv结构体指向了一个函数表，该函数表指向了对应的JNI函数，我们通过这些JNI函数实现JNI编程。

然后就调用了jniRegisterNativeMethods函数来实现注册，这里面注意一个静态变量gJni_Methods_table。它其实代表了一个native方法的数组，如果你在一个Java类中有一个native方法，这里它的size就是1，如果是两个native方法，它的size就是2，大家看下我这个gJni_Methods_table变量的实现

static JNINativeMethod gJni_Methods_table[] = {
    {"sayHello", "(J)V", (void*)sayHello},
};

我们看到他的类型是JNINativeMethod ，那我们就来研究下JNINativeMethod

JNI允许我们提供一个函数映射表，注册给Java虚拟机，这样JVM就可以用函数映射表来调用相应的函数。这样就可以不必通过函数名来查找需要调用的函数了。Java与JNI通过JNINativeMethod的结构来建立联系，它被定义在jni.h中，其结构内容如下：

typedef struct { 
    const char* name; 
    const char* signature; 
    void* fnPtr; 
} JNINativeMethod; 

这里面有3个变量，那我们就依次来讲解下：

• 第一个变量name，代表的是Java中的函数名
• 第二个变量signature，代表的是Java中的参数和返回值
• 第三个变量fnPtr，代表的是的指向C函数的函数指针

下面我们再来看下jniRegisterNativeMethods函数内部的实现

static int jniRegisterNativeMethods(JNIEnv* env, const char* className,
    const JNINativeMethod* gMethods, int numMethods)
{
    jclass clazz;

    LOGI("JNI","Registering %s natives
", className);
    clazz = (env)->FindClass( className);
    if (clazz == NULL) {
        LOGE("JNI","Native registration unable to find class '%s'
", className);
        return -1;
    }

    int result = 0;
    if ((env)->RegisterNatives(clazz, gJni_Methods_table, numMethods) < 0) {
        LOGE("JNI","RegisterNatives failed for '%s'
", className);
        result = -1;
    }

    (env)->DeleteLocalRef(clazz);
    return result;
}

首先通过clazz = (env)->FindClass( className);找到声明native方法的类
然后通过调用RegisterNatives函数将注册函数的Java类，以及注册函数的数组，以及个数注册在一起，这样就实现了绑定。

上面在讲解JNINativeMethod结构体的时候，提到一个概念，就是"signature"即签名，这个是什么东西？我们下面就来讲解下。

二、JNI中的签名

(一)、为什么JNI中突然多出了一个概念叫"签名"？

因为Java是支持函数重载的，也就是说，可以定义相同方法名，但是不同参数的方法，然后Java根据其不同的参数，找到其对应的实现的方法。这样是很好，所以说JNI肯定要支持的，那JNI要怎么支持那，如果仅仅是根据函数名，没有办法找到重载的函数的，所以为了解决这个问题，JNI就衍生了一个概念——"签名"，即将参数类型和返回值类型的组合。如果拥有一个该函数的签名信息和这个函数的函数名，我们就可以顺序的找到对应的Java层中的函数了。

(二)、如果查看类中的方法的签名

可以使用 javap命令：

javap -s -p MainActivity.class

Compiled from "MainActivity.java"
public class com.example.hellojni.MainActivity extends android.app.Activity {
  static {};
    Signature: ()V

  public com.example.hellojni.MainActivity();
    Signature: ()V

  protected void onCreate(android.os.Bundle);
    Signature: (Landroid/os/Bundle;)V

  public boolean onCreateOptionsMenu(android.view.Menu);
    Signature: (Landroid/view/Menu;)Z

  public native java.lang.String stringFromJNI(); //native 方法
    Signature: ()Ljava/lang/String;  //签名

  public native int max(int, int); //native 方法
    Signature: (II)I    //签名
}

我们看到上面有()V ，(Landroid/os/Bundle;)V，(Landroid/view/Menu;)Z，(II)I我们一脸懵逼，这是什么鬼，所以我们要来研究下签名的格式

(三)、JNI规范定义的函数签名信息

具体格式如下：

(参数1类型标示；参数2类型标示；参数3类型标示...)返回值类型标示

当参数为引用类型的时候，参数类型的标示的根式为"L包名"，其中包名的.(点)要换成"/"，看我上面的例子就差不多，比如String就是Ljava/lang/String，Menu为Landroid/view/Menu。

类型标示	Java类型
Z	boolean
B	byte
C	char
S	short
I	int
J	long
F	float
D	double

如果是基本类类型，其签名如下：

类型标示	Java类型
Z	boolean
B	byte
C	char
S	short
I	int
J	long
F	float
D	double

这个 其实很好记的，除了boolean和long，其他都是首字母大写。

如果返回值是void，对应的签名是V。
这里重点说1个特殊的类型，一个是数组及Array

类型标示	Java类型
[签名	数组
[i	int[]
[Ljava/lang/Object	String[]

三、native代码反调用Java层代码

上面讲解了如何从JNI中调用Java类中的方法，其实在jni.h中已经定义了一系列函数来实现这一目的，下面我们就以此举例说明：

(一)、获取Class对象

为了能够在C/C++中调用Java中的类，jni.h的头文件专门定义了jclass类型表示Java中Class类。JNIEnv中有3个函数可以获取jclass。

• jclass FindClass(const char* clsName)：
  通过类的名称(类的全名，这时候包名不是用'"."点号而是用"/"来区分的)来获取jclass。比如:

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

来获取Java中的String对象的class对象

• jclass GetObjectClass(jobject obj)：
  通过对象实例来获取jclass，相当于Java中的getClass()函数
• jclass getSuperClass(jclass obj)：
  通过jclass可以获取其父类的jclass对象

(二)、获取属性方法

在Native本地代码中访问Java层的代码，一个常用的常见的场景就是获取Java类的属性和方法。所以为了在C/C++获取Java层的属性和方法，JNI在jni.h头文件中定义了jfieldID和jmethodID这两种类型来分别代表Java端的属性和方法。在访问或者设置Java某个属性的时候，首先就要现在本地代码中取得代表该Java类的属性的jfieldID，然后才能在本地代码中进行Java属性的操作，同样，在需要调用Java类的某个方法时，也是需要取得代表该方法的jmethodID才能进行Java方法操作。

常见的调用Java层的方法如下：

一般是使用JNIEnv来进行操作

• GetFieldID/GetMethodID：获取某个属性/某个方法
• GetStaticFieldID/GetStaticMethodID：获取某个静态属性/静态方法

方法的具体实现如下：

jfieldID GetFieldID(JNIEnv *env, jclass clazz, const char *name, const char *sig);
jmethodID GetMethodID(JNIEnv *env, jclass clazz, const char *name, const char *sig);
jfieldID GetStaticFieldID(JNIEnv *env, jclass clazz, const char *name, const char *sig);
jmethodID GetStaticMethodID(JNIEnv *env, jclass clazz,const char *name, const char *sig);

大家发现什么规律没有？对了，我们发现他们都是4个入参，而且每个入参的都是*JNIEnv *env，jclass clazz，const char *name，const char *sig。关于JNIEnv，前面我们已经讲过了，这里我们就不详细讲解了，JNIEnv代表一个JNI环境接口，jclass上面也说了代表Java层中的"类"，name则代表方法名或者属性名。那最后一个char *sig代表什么？它其实代表了JNI中的一个特殊字段——签名，上面已经讲解过了。我们这里就不在冗余了。

(三)、构造一个对象

常用的JNI中创建对象的方法如下：

jobject NewObject(jclass clazz, jmethodID methodID, ...)

比如有我们知道Java类中可能有多个构造函数，当我们要指定调用某个构造函数的时候，会调用下面这个方法

jmethodID mid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "<init>", "()V");
obj = (*env)->NewObject(env, cls, mid);

即把指定的构造函数传入进去即可。
现在我们来看下他上面的二个主要参数

• clazz：是需要创建的Java对象的Class对象
• methodID：是传递一个方法ID，想一想Java对象创建的时候，需要执行什么操作？就是执行构造函数。

有人会说这要走两行代码，有没有一行代码的，是有的，如下：

jobject NewObjectA(JNIEnv *env, jclass clazz, 
jmethodID methodID, jvalue *args);

这里多了一个参数，即jvalue *args，这里是args代表的是对应构造函数的所有参数的，我们可以应将传递给构造函数的所有参数放在jvalues类型的数组args中，该数组紧跟着放在methodID参数的后面。NewObject()收到数组中的这些参数后，将把它们传给编程任索要调用的Java方法。

上面说到，参数是个数组，如果参数不是数组怎么处理，jni.h同样也提供了一个方法，如下：

jobject NewObjectV(JNIEnv *env, jclass clazz, 
jmethodID methodID, va_list args);

这个方法和上面不同在于，这里将构造函数的所有参数放到在va_list类型的参数args中，该参数紧跟着放在methodID参数的后面。

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作者：隔壁老李头
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来源：简书
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