Java Native Interface (JNI)标准是java平台的一部分,它允许Java代码和其他语言写的代码进行交互。JNI
是本地编程接口,它使得在 Java 虚拟机 (VM) 内部运行的 Java 代码能够与用其它编程语言(如 C、C++
和汇编语言)编写的应用程序和库进行交互操作。 1. 从如何载入.so谈起 由于Android的应用层的类都是以Java写的,这些Java类编译为Dex型式的Bytecode之后,必须靠Dalvik虚拟机(VM: Virtual Machine)来执行。VM在Android平台里,扮演很重要的角色。 此外,在执行Java类的过程中,如果Java类需要与C组件沟通时,VM就会去载入C组件,然后让Java的函数顺利地调用到C组件的函数。此时,VM扮演着桥梁的角色,让Java与C组件能通过标准的JNI介面而相互沟通。 应用层的Java类是在虚拟机(VM: Vitual Machine)上执行的,而C件不是在VM上执行,那么Java程式又如何要求VM去载入(Load)所指定的C组件呢? 可使用下述指令: System.loadLibrary(*.so的档案名); 例如,Android框架里所提供的MediaPlayer.java类,含指令:
这要求VM去载入Android的/system/lib/libmedia_jni.so库。载入*.so之后,Java类与*.so库就汇合起来,一起执行了。 2.如何撰写*.so的入口函数 ---- JNI_OnLoad()与JNI_OnUnload()函数的用途 当Android的VM(Virtual Machine)执行到System.loadLibrary()函数时,首先会去执行C组件里的JNI_OnLoad()函数。它的用途有二: (1)告诉VM此C组件使用那一个JNI版本。如果你的*.so没有提供JNI_OnLoad()函数,VM会默认该*.so是使用最老的 JNI 1.1版本。由于新版的JNI做了许多扩充,如果需要使用JNI的新版功能,例如JNI 1.4的java.nio.ByteBuffer,就必须藉由JNI_OnLoad()函数来告知VM。 (2)由于VM执行到System.loadLibrary()函数时,就会立即先呼叫JNI_OnLoad(),所以C组件的开发者可以藉由JNI_OnLoad()来进行C组件内的初期值之设定(Initialization) 。 例如,在Android的/system/lib/libmedia_jni.so里,就提供了JNI_OnLoad()函数,(可参考android SDK中 android_media_MediaPlayer.cpp)其程式码片段为:
就将此组件提供的各个本地函数(Native Function)登记到VM里,以便能加快后续呼叫本地函数的效率。 JNI_OnUnload()函数与JNI_OnLoad()相对应的。在载入C组件时会立即呼叫JNI_OnLoad()来进行组件内的初期动作;而当 VM释放该C组件时,则会呼叫JNI_OnUnload()函数来进行善后清除动作。当VM呼叫JNI_OnLoad()或JNI_Unload()函数 时,都会将VM的指针(Pointer)传递给它们,其参数如下: jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved) { } jint JNI_OnUnload(JavaVM* vm, void* reserved){ } 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,如下述指令:
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JNI_OnLoad()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组件开发者在撰写本地函数时,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 写的本地函数能安全地在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指标值传递给它,如下:
这JNI_OnLoad()呼叫register_android_media_MediaPlayer(env)函数时,就将env指标值传递过去。如 此,在register_android_media_MediaPlayer()函数就能藉由该指标值而区别不同的执行绪,以便化解资料冲突的问题。 例如,在register_android_media_MediaPlayer()函数里,可撰写下述指令: if ((*env)->MonitorEnter(env, obj) != JNI_OK) { } 查看是否已经有其他执行绪进入此物件,如果没有,此执行绪就进入该物件里执行了。还有,也可撰写下述指令: if ((*env)->MonitorExit(env, obj) != JNI_OK) { } 查看是否此执行绪正在此物件内执行,如果是,此执行绪就会立即离开。 3.registerNativeMethods()函数的用途 应用层级的Java类别透过VM而呼叫到本地函数。一般是仰赖VM去寻找*.so里的本地函数。如果需要连续呼叫很多次,每次都需要寻找一遍,会多花许多 时间。此时,组件开发者可以自行将本地函数向VM进行登记。例如,在Android的/system/lib/libmedia_jni.so里的代码段 如下:
当VM载入libmedia_jni.so时,就呼叫JNI_OnLoad()函数。接着,JNI_OnLoad()呼叫 register_android_media_MediaPlayer()函数。此时,就呼叫到 AndroidRuntime::registerNativeMethods()函数,向VM(即AndroidRuntime)登记 gMethods[]表格所含的本地函数了。简而言之,registerNativeMethods()函数的用途有二: (1)更有效率去找到函数。 (2)可在执行期间进行抽换。由于gMethods[]是一个<名称,函数指针>对照表,在程序执行时,可多次呼叫registerNativeMethods()函数来更换本地函数之指针,而达到弹性抽换本地函数之目的。 4.Andoird 中使用了一种不同传统Java JNI的方式来定义其native的函数。其中很重要的区别是Andorid使用了一种Java 和 C 函数的映射表数组,并在其中描述了函数的参数和返回值。这个数组的类型是JNINativeMethod,定义如下:
其中比较难以理解的是第二个参数,例如 "()V" "(II)V" "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)V" 实际上这些字符是与函数的参数类型一一对应的。 "()" 中的字符表示参数,后面的则代表返回值。例如"()V" 就表示void Func(); "(II)V" 表示 void Func(int, int); 具体的每一个字符的对应关系如下 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[] 上面的都是基本类型。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$作为类名间的分隔符。 例如 "(Ljava/lang/String;Landroid/os/FileUtils$FileStatus;)Z" |
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