Android JNI 技术入门指南

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）

• C语言基础
• C++基础

1. 什么是 JNI（Java Native Interface）？

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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

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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

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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