Android JNI 技术入门指南

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引言

在Android开发中,Java是一种主要的编程语言,然而,对于一些性能要求较高的场景(如音视频处理、图像处理、计算密集型任务等),我们可能需要使用到C或C++等语言来编写底层的高效代码。为了实现Java代码与C/C++代码之间的交互,Android提供了一个强大的工具——JNI(Java Native Interface)。通过JNI,Java可以调用C/C++代码,C/C++也可以调用Java代码,从而实现高效的原生交互。

开始之前先了解一些基础概念

开始之前

如果你对C/C++语言比较陌生,可以先看一下我的这两篇文章:
(大致过一下就行,挑重点去记,毕竟不是做C++开发,没必要完全理解,更多的是我们在开发中去学习)

1. 什么是 JNI(Java Native Interface)?


JNI 是 Java 与其他编程语言(通常是 C 或 C++)之间的接口,允许 Java 代码与底层的本地代码进行交互。通过 JNI,我们可以在 Java 代码中调用本地(native)方法,或者让本地代码调用 Java 方法。

1.1 为什么要使用 JNI?

JNI 的主要作用是实现 Java 程序与本地程序之间的交互,特别是在以下几种情况下非常有用:

  • 性能优化:有些运算或操作,Java 实现的效率可能较低,使用 C/C++ 可以提高性能,特别是在图像处理、音视频编解码等领域。
  • 访问底层硬件或特性:Java 不能直接访问底层硬件或操作系统的某些特性,而 JNI 使得 Java 程序可以调用 C/C++ 中的底层代码,进而访问这些特性。
  • 重用现有的本地代码库:有时为了节省开发时间,我们希望直接重用一些已有的 C/C++ 代码或第三方库,这时 JNI 就是连接 Java 和本地代码的桥梁。

1.2 JNI 如何工作?

JNI 的工作机制可以分为几个步骤:

  1. Java 调用 C/C++ 方法:通过在 Java 中声明本地方法(native),并使用 System.loadLibrary() 加载本地库。Java 代码通过 JNI 机制调用底层的 C/C++ 函数。
  2. C/C++ 调用 Java 方法:JNI 允许在 C/C++ 中调用 Java 中的方法,甚至可以操作 Java 对象。
  3. 数据传递:通过 JNI,Java 和 C/C++ 之间可以传递基本数据类型(如整数、浮点数)和复杂的数据结构(如数组、对象等)。

1.3 JNI 的基本结构

  • Java 层:Java 中声明 native 方法,并通过 System.loadLibrary() 加载本地库。
  • 本地层:通过 C/C++ 实现 JNI 接口,并将它编译成共享库(.so 文件)。
  • JNI 头文件:使用 javah 工具(或者在 Android 中通过 ndk-build)生成的头文件,定义了 Java 类与本地方法之间的映射关系。

2. NDK 与 JNI 的关系


在 Android 开发中,NDK(Native Development Kit)是一个工具集,它允许开发者在 Android 应用中编写和使用 C/C++ 代码。JNI 是 NDK 的一部分,它提供了 Android 中 Java 代码和 C/C++ 本地代码之间的交互接口。

2.1 NDK 的功能

NDK 是一组工具和库,允许开发者用 C 和 C++ 编写 Android 应用中的一些性能关键的代码。NDK 提供的功能包括:

  • 访问硬件资源:通过 NDK,你可以直接访问一些低级的硬件特性,比如摄像头、传感器、GPS 等。
  • 性能优化:一些计算密集型的任务(例如图像处理、音视频编解码等)可以通过 C/C++ 实现,性能上更有优势。
  • 使用已有的本地库:有时候开发者会利用一些已有的 C/C++ 库或第三方库,而这些库通常需要通过 NDK 来编译和链接。

2.2 NDK 与 JNI 的结合

  • JNI 是 NDK 与 Java 层之间的桥梁,利用 JNI,Java 层可以调用本地层的 C/C++ 函数,反之,C/C++ 代码也可以调用 Java 层的代码。
  • 使用 NDK 时,JNI 使得 Java 和 C/C++ 之间的数据和方法调用变得可能。
  • 通过 JNI,我们可以在 Java 代码中调用 NDK 中编写的本地方法,或者直接操作 Java 对象。

3. 数据类型


Java、JNI、C/C++ 三者之间的数据类型转换是跨语言编程中的一个核心问题,尤其在涉及到 Java 调用 C/C++ 编写的本地方法时。JNI(Java Native Interface)作为 Java 与 C/C++ 交互的桥梁,提供了一套标准机制来实现 Java 与本地代码之间的数据交换。

3.1 基础类型

Java 通过 JNI 与 C/C++ 交互时,JNI 提供了一些专门的类型和方法来桥接 Java 类型与 C/C++ 类型的差异。

Java 类型 JNI 类型 C/C++ 类型 备注
byte jbyte char (8-bit) JNI 使用 jbyte 来表示 Java 的 byte 类型。
short jshort short (16-bit) JNI 使用 jshort 来表示 Java 的 short 类型。
int jint int (32-bit) JNI 使用 jint 来表示 Java 的 int 类型。
long jlong long long (64-bit) JNI 使用 jlong 来表示 Java 的 long 类型。
float jfloat float (32-bit) JNI 使用 jfloat 来表示 Java 的 float 类型。
double jdouble double (64-bit) JNI 使用 jdouble 来表示 Java 的 double 类型。
char jchar wchar_t (16-bit) JNI 使用 jchar 来表示 Java 的
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