• Jni 线程JNIEnv,JavaVM,JNI_OnLoad(GetEnv返回NULL?FindClass返回NULL?)


    此文章是关于NDK线程的第二篇理论知识笔记。主要有两个点,如下:

    1.pthread_create(Too many arguements, expected 1) ?
    2.线程中如何获取JNIEnv?GetEnv返回NULL?
    3.FindClass返回NULL ?
    首先我们在主页MainActivity的代码如下:

    public class MainActivity extends Activity {
     
        static {
            try {
                System.loadLibrary("native-lib");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
     
        public native void nativeThreadEnvTest();
     
        public static String getUuid() {
            // 提供给nativeThreadEnvTest使用
            return UUID.randomUUID().toString();
        }
        
        @Override
        protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) ...
    }
     nativeThreadEnvTest打算实现这样一个功能:for循环调用MainActivity.getUuid方法,打印出5串不同的UUID。听上去很简单,逻辑代码如下:
    
    #include <unistd.h>
    #include <pthread.h>
    #include <assert.h>
     
    void *pthread_run(void *arg) {
        JNIEnv *env = NULL;
        // get env ?
        char *name = (char *) arg;
        for (int i = 0; i < 5; ++i) {
            //char* uuid_cstr = ...
            LOGI("%s, No:%d, uuid:%s", name, i, uuid_cstr);
            sleep(1);
        }
     
        pthread_exit((void *) 0);
    }
     
    JNIEXPORT void JNICALL
    Java_org_zzrblog_MainActivity_nativeThreadEnvTest(JNIEnv *env, jobject thiz) {
        pthread_t tid;
        pthread_create(&tid, NULL, pthread_run, (void *) "pthread1");
     
        //void* reval;
        //pthread_join(tid, &reval);
    }

    此时第一个坑点可能就会出现了:pthread_create报出错误提示 Too many arguements, expected 1(黑人三问号)

    ctrl+左键,跳转到头文件pthread.h的定义,明明就是四个参数的啊?

    rebuild,重启AS,各种大法都没解啊,怎么办? 这里给出可行科学的解决方案,在头文件添加如下宏定义就OJBK了!

    #ifndef _PTHREAD_H_
    #define _PTHREAD_H_
     
    #include ...
    // 添加宏定义 _Nonnull
    #ifndef _Nonnull
    #define _Nonnull
    #endif

    那么我们继续功能实现,在线程执行函数pthread_run中,想要调用MainActivity.getUuid方法,必须得有env啊。那么我们怎么获取env?可能就有大兄弟立马说:在nativeThreadEnvTest传入的env时NewGlobalRef啊,这样就可以全局使用了!这好像确实是一个解决思路,好像还蛮好使的(因为兄弟你见识得太少了)。但是!BUT!However! 严谨的说,这种做法是不可取的。为什么?引用Google官方翻译:

    由于VM通常是多执行绪(Multi-threading)的执行环境。每一个执行绪在呼叫native函数时,所传递进来的JNIEnv指标值都是不同的。为了配合这种多执行绪的环境,C组件开发者在撰写native函数时,可藉由JNIEnv指标值之不同而避免执行绪的资料冲突问题,才能确保所写的native函数能安全地在Android的多执行绪VM里安全地执行。基于这个理由,当在呼叫C组件的函数时,都会将JNIEnv指标值传递到下一级函数使用。

    看起来好像很抽象,似懂非懂的。但是我们必须知道:VM是多执行绪(Multi-threading) ,每个JNIEnv都是不同的!特别是在不同线程,都是独自维护各自独立的JNIEnv。  那么问题又回到最初的?怎么正确的获取线程安全的JNIEnv? 

    此时我们引入函数JNI_OnLoad 和 结构体JavaVM,在头文件 jni.h 有它的定义:

    /*
     * Prototypes for functions exported by loadable shared libs.  These are
     * called by JNI, not provided by JNI.
     */
    JNIEXPORT jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved);
    JNIEXPORT void JNI_OnUnload(JavaVM* vm, void* reserved);

    从注释可知,JNI_OnLoad是由系统JNI回调的,并不由得开发者乱用,而且也不由JNI默认提供。不重写这个方法系统就默认进行配置。在虚拟机VM加载c组件的时候(so)就会调用组件加载接口JNI_OnLoad(),在JNI_OnLoad()函数里,就透过VM之指标而取得JNIEnv之指标值,并存入env指标变数里。

    这里的JavaVM就是虚拟机VM在JNI中的表示,一个进程JVM中只有一个JavaVM对象,这个对象是线程共享的。换言之这个JavaVM是能全局安全使用的,而且也只能在JNI_OnLoad的回调进行强引用赋值。 有了这个JavaVM,我们再调用AttachCurrentThread 附加当前线程到虚拟机VM当中,并返回线程对应的JNIEnv,我们就能愉快的撸码了!

    说到AttachCurrentThread,不能不提起JavaVM的另外一个接口 GetEnv,看上去GetEnv不就是获取env的方法吗?这么解释吧,只有先AttachCurrentThread到JavaVM,分配到了独立的JNIEnv之后,GetEnv第二个参数二级指针返回的env才有值。就是说JavaVM->GetEnv获取的是,此线程有效的env。JavaVM->AttachCurrentThread是向虚拟机分配线程独立的env。    所以一般在线程执行函数第一句是AttachCurrentThread,随后就能用GetEnv了。

    理论知识介绍到这里,我们继续测试功能函数,现在代码应该是长这样的:

    JavaVM *javaVM;
     
    JNIEXPORT jint JNICALL
    JNI_OnLoad(JavaVM *vm, void *reserved) {
        LOGW("%s
    ", "JNI_OnLoad startup ...");
        javaVM = vm;
        JNIEnv *env = NULL;
        jint result;
     
        if ((*vm)->GetEnv(vm, (void **)&env, JNI_VERSION_1_6) == JNI_OK) {
            LOGI("Catch JNI_VERSION_1_6
    ");
            result = JNI_VERSION_1_6;
        }
        else if ((*vm)->GetEnv(vm, (void **)&env, JNI_VERSION_1_4) == JNI_OK) {
            LOGI("Catch JNI_VERSION_1_4
    ");
            result = JNI_VERSION_1_4;
        }
        else {
            LOGI("Default JNI_VERSION_1_2
    ");
            result = JNI_VERSION_1_2;
        }
     
        assert(env != NULL);
        // 动态注册native函数 ...
        return result;
    }
     
    void *pthread_run(void *arg) {
        JNIEnv *env = NULL;
        // (*javaVM)->AttachCurrentThread(javaVM,&env,NULL)
        // (*javaVM)->GetEnv(javaVM, (void **)&env, JNI_VERSION_1_6)
        if ( (*javaVM)->AttachCurrentThread(javaVM,&env,NULL) != JNI_OK) {
            LOGE("javaVM->Env Error!
    ");
            pthread_exit((void *) -1);
        }
     
        assert(env != NULL);
       
        // 自定义的类型 jclass
        jclass clazz = (*env)->FindClass(env, "org/zzrblog/MainActivity");
        jmethodID getUuid_mid = (*env)->GetStaticMethodID(env, clazz, "getUuid","()Ljava/lang/String;");
     
        char *name = (char *) arg;
        for (int i = 0; i < 5; ++i) {
            jobject uuid_jstr = (*env)->CallStaticObjectMethod(env, clazz, getUuid_mid);
            char* uuid_cstr = (char *) (*env)->GetStringUTFChars(env, uuid_jstr, NULL);
            LOGI("%s, No:%d, uuid:%s", name, i, uuid_cstr);
            sleep(1);
        }
     
        (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, sys_uuid_jstr, sys_uuid_cstr);
        (*javaVM)->DetachCurrentThread(javaVM);
        pthread_exit((void *) 0);
    }

    我们在JNI_OnLoad函数全局引用JavaVM对象,然后就是模板代码了,告诉系统虚拟机用哪个版本的JNI。此时调用JavaVM->GetEnv获取的env是主线程的。所以我们能获取成功。

    然后我们进入线程执行函数,使用AttachCurrentThread请求分配当前线程安全的env,之后我们使用FindClass / GetStaticMethodID / CallStaticObjectMethod 等JNI API进行Java层的MainActivity.getUuid 静态方法的调用。

    一切看着都是那么顺利,然后运行demo瞬间报错(奸笑.jpg)一堆红通通的错误啊!

    为什么会找不到 org.zzrblog.MainActivity?此问题更好的体现了JNIEnv的线程独立性问题了!如果FindClass用的是主线程env就不会报错了。如果FindClass的是系统的UUID类也不会报错了。但是现实生活没有那么多如果!问题的原因就是只有主线程的env才有包含我们自定义(自己开发)的类类型,而 AttachCurrentThread的线程安全env只加载了系统的类类型,并不包含自定义的类类型。
    所以问题的原因找到了,怎么解?既然env不是线程安全,不能直接引用。那么我们可以引用其他线程共享的调用对象啊,再通过GetObjectClass获取jclass。不明白的同学看如下代码:

    jobject jMainActivity;
     
    JNIEXPORT void JNICALL
    Java_org_zzrblog_MainActivity_nativeThreadEnvTest(JNIEnv *env, jobject thiz) {
        if(jMainActivity == NULL) {
            //调用对象,创建全局引用
            jMainActivity = (*env)->NewGlobalRef(env, thiz);
        }
     
        pthread_t tid;
        pthread_create(&tid, NULL, pthread_run, (void *) "pthread1");
        //void* reval;
        //pthread_join(tid, &reval);
    }

    现在知道native方法的 static 和 非static的时候,传入的第二个参数的意义和真实的用处了吧?

    非static的时候,传入jobject类型的thiz,就相当于MainActivity.this了。

    staic的时候,传入jcalss类型的clazz,就相当于MainActivity.class了。

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