Android JNI&NDK编程小结及建议

前言

由于网上关于JNI/NDK相关的知识点介绍的比较零散而且不具备参照性，所以写了这篇JNI/NDK笔记，便于作为随时查阅的工具类型的文章，本文主要的介绍了在平时项目中常用的命令、JNI数据类型、签名等，便于查阅相关资料。文末相关参考资料比较适合刚接触或者不熟悉Android NDK开发的朋友参阅。

常用命令

javac 编译java源文件生成.class文件

由于JNI对应的头文件由javah工具根据对应的.class文件生成，所以在进行JNI编程之前，写好Java代码后需要先编译，在使用javah生成对应的头文件

javah -jni自动生成头文件

举例说明：

• 生成普通的JNI头文件

  javah -classpath path -jni -d outputdirpath com.mrljdx.JavaNativeCode
  

• 在Java函数中包含Android相关的参数代码，则需要在classpath中添加android.jar包的绝对路径地址

  javah -classpath path:$ANDROID_HOME/path/android.jar -jni -d outputdirpath com.mrljdx.JavaNativeCodeWithAndroid
  

javap -s -p 查看函数签名

-s: 显示签名（只显示public类型的签名） -p:显示所有函数、成员变量的签名

举例说明：

javap -classpath pacakage_path_dir -s -p com.mrljdx.JavaCode

JNI数据类型和类型签名

数据类型

JNI的数据类型包括：基本类型和引用类型。这一点和Java的语言特性一致，基本类型包括jboolean、jchar、jint、jlong、jbyte、jshort、jfloat、jdouble、void，与Java类型的对应关系如下：

JNI类型	Java类型	描述
jboolean	boolean	无符号8位整型
jbyte	byte	有符号8位整型
jchar	char	无符号16位整型
jshort	short	有符号16位整型
jint	int	32位整型
jlong	long	64位整型
jfloat	float	32位整型
jdouble	double	64位整型
void	void	无类型

JNI中引用类型主要有类、对象和数组，这点也上符合Java的语法规范，对应的关系如下：

JNI 类型	Java引用类型	描述
jobject	Object	Object类型
jclass	Class	Class类型
jstring	String	String类型
jobjectArray	Object[]	对象数组
jbooleanArray	boolean[]	boolean数组
jbyteArray	byte[]	byte数组
jcharArray	char[]	char数组
jshortArray	short[]	short数组
jintArray	int[]	int数组
jlongArray	long[]	long数组
jfloatArray	float[]	float数组
jdoubleArray	double[]	double数组
jthrowable	Throwable	Throwable

JNI类型签名

JNI的类型签名标识了一个特定的Java类型，这个类型可以是类和方法，也可以是数据类型。

• 类型签名
  类的签名采用”L+包名+类名+;”标识，包名中将.替换为/即可。
  比如String类的签名：
  Ljava/lang/String;
  注意末尾的;属于签名的一部分。
  再比如Android中Context类的签名：
  Landroid/content/Context;
• 基本数据类型签名
  基本数据类型的签名采用一系列大写字母来标识，如下：

Java类型	签名
boolean	Z
byte	B
char	C
short	S
int	I
long	J
float	F
double	D
void	V

可以发现除了 long基本数据类型的签名为J之外其他的都比较容易辨识，估计是由于之前的类类型的签名开头为L+包名+类名+;设计者为了区分所以签名为J

• 数组的类型签名
  数组的类型签名比起类类型和基本数据类型的要稍微复杂一点，不过还是很好理解的。对于数组来说，它的签名为[+类型签名，举例说明：
  String[] 数组类型对应的签名：
  [Ljava/lang/String;
  可以发现，就是在String的类签名前加了个[
  同理基本数据类型签名int[]的签名：
  [I
  注意这里基本类型后面是不带分号的。
  那么多维数组呢？可以类推，int[][] 的签名为[[I ，而String[][]的签名为[[Ljava/lang/String;
• 方法的签名
  在JNI中会经常需要在C/C++代码中调用Java的函数，这时候就会用到方法的签名。方法的签名为(+参数类型签名+)+返回值类型签名，比如：
  方法： boolean login(String username,String password)的方法签名如下：
  (Ljava/lang/String;Ljava/lang/String)B 如果这里不理解的话，请再去看看之前关于基本类型，类类型的签名部分内容。

小技巧:使用 类似于javap -classpath pathdir -s -p com.sample.JavaCode 的 javap -s -p 命令也可以帮助查看一些类中各种方法和成员变量的签名。

JNI相关命名解释

• 函数名的格式遵循规则：Java_包名_类名_方法名
• JNIEXPORT、JNICALL、JNIEnv和jobject 都是JNI标准中所定义的类型或者宏
• JNIEnv * : 指向JNI环境的指针，可以通过JNIEnv * 访问JNI提供的接口方法
• JNIEXPORT、JNICALL：是jni.h中所定义的宏。

注：JNIEnv * 可以简单的理解为Java和C/C++ 之间相互调用的桥梁，我们可以通过JNIEnv * 调用C/C++定义的方法，也可以在C/C++中通过JNIEnv * 来调用Java类中的方法。下面将会讲到C/C++中调用Java的方法，注意JNIEnv *的作用。

在C/C++中调用Java方法

首先说明一点，在Android开发过程中使用NDK主要是为了提高代码的安全性，有些游戏公司可能是为了方便利用已有的C/C++开源库来进行平台移植，其实在性能提升方面，NDK的作用并不是很明显。所以有时候一些在Java中实现起来非常简单的代码放在JNI里面做会显得吃力不讨好，所以干脆就直接在JNI中调用Java的方法，我们只把加密和验证的一些逻辑写到JNI层就行了。
在JNI中调用Java方法流程如下：

1. 在Java中定义一个静态方法供JNI调用，注意要是静态的。
2. 在JNI中利用env来调用Java中定义的静态方法
3. 调用声明好的静态方法

可能流程说的比较抽象，用代码简单说明一下：

1. 定义静态方法：

   //对应包名：com.mrljdx.jni.HelloJNI
   public static void helloJava() {    
       System.out.println("Hello JavaCode");
   }
   

2. JNI声明静态方法：

   static void static_helloJava(JNIEnv *env){
         jclass clazz = env->FindClass("com/mrljdx/jni/HelloJNI");
         jmethodID mid = env->GetStaticMethodID(clazz, "helloJava", "()V");
         env->CallStaticVoidMethod(clazz, mid);
   }
   

3. 调用声明好的静态方法:

   static_helloJava(env);
   

在AndroidStudio中NDK编程配置注意事项：

1. 在项目的gradle.properties中添加ndk支持：

   android.useDeprecatedNdk=true
   

2. 配置build.gradle看代码注释：

   defaultConfig {    
        minSdkVersion 9   
        targetSdkVersion 23   
        versionCode 1    
        versionName "1.0"    
       //配置ndk 支持   
       ndk {        
             //编译的so库名称 libsecurity.so
             moduleName "security"       
             //指定编译后的库支持的平台
             abiFilters "armeabi", "mips", "x86", "armeabi-v7a"  
             //用于指定应用应该使用哪个标准库，此处添加c++库支持   
             stl "stlport_static"    
         }
   }
   

3. 在AndroidStudio中写JNI代码有一个比较爽的地方，就是Android.mk系统会在编译时自动帮你生成，你只需要配置build.gradle就行了。注意jni相关代码需要放在src/main/jni目录下。如果对gradle配置不了解可以参考我的博客：Gradle实战及学习建议

小结

在我们做产品的时候，应该考虑该用JNI&NDK的时候就用，一切出发点是基于用户的体验和数据安全，我觉得在以下几种情况下建议使用NDK:

1. 重用现有的代码，比如C/C++的代码在Android中的重用。
2. 数据安全，比如将Http的请求加密和解密算法放在NDK中去实现，这样可以提高应用的安全。
3. 提升性能，由于Android设备制造商在手机中给每个应用分配了可用的最大RAM，有时候为了性能考虑，可以通过Native代码向系统来“借”一些内存，尽量少的使用系统分配给应用的内存。（参考Infoq：Android内存优化)

参考文章及书籍

• 《Android性能优化》 : 一本不厚的书，关于Android相关的性能优化建议都是满满的干货，适合有一定开发经验的人参考。
• 翻译:JNI Tips in Android Training Course : 关于google官方的培训课程提出了在使用NDK做本地开发时的一些优化建议。
• JNI/NDK开发指南 ： 一个系列的文章，适合刚接触JNI/NDK开发的朋友学习。
• 《Android开发艺术探索》 ：关于JNI的介绍比少，如果你对Android开发想深入理解一些View冲突、属性动画那么可以推荐一看。如果只想学习JNI相关内容，推荐看 JNI/NDK开发指南 的内容。

END