jni原理

概念

jni是Java Native Interface的缩写，是链接Java层和Native层的桥梁，提供了Java层和Native层（C/C++）相互调用的能力。

Java世界的代码要怎么使用Native世界的代码呢，这就需要一个桥梁来将它们连接在一起，而JNI就是这个桥梁。

以Android中的MediaRecorder为例：

java层的代码：

public class MediaRecorder {
    static {
        System.loadLibrary("media_jni");//1
        native_init();//2
    }
 ...
     private static native final void native_init();//3
 ...
     public native void start() throws IllegalStateException;
 ...   
}

jni层的代码：

static void
android_media_MediaRecorder_native_init(JNIEnv *env)
{
    jclass clazz;

    clazz = env->FindClass("android/media/MediaRecorder");
    if (clazz == NULL) {
        return;
    }
   ...
    fields.post_event = env->GetStaticMethodID(
       clazz, "postEventFromNative","(Ljava/lang/Object;IIILjava/lang/Object;)V");
    if (fields.post_event == NULL) {
        return;
    }
}

static void
android_media_MediaRecorder_start(JNIEnv *env, jobject thiz)
{
    ALOGV("start");
    sp<MediaRecorder> mr = getMediaRecorder(env, thiz);
    process_media_recorder_call(env, mr->start(), "java/lang/RuntimeException", "start failed.");
}

android_media_MediaRecorder_native_init方法是native_init方法在JNI层的实现 ，android_media_MediaRecorder_start同理。

JNI方法注册

JNI方法注册分为静态注册和动态注册，其中静态注册多用于NDK开发，而动态注册多用于Framework开发。

• 静态注册

  当调用java层的native_init()方法，由于声明了这个方法为native方法，所以会去jni中寻找对应的方法：android_media_MediaRecorder_native_init，找到后就会将两者建立关联，其实就是保存下jni层方法的指针，再次调用native_init()时便会直接调用这个方法指针。

  弊端：

  1. JNI层的方法名称过长。
  2. 声明Native方法的类需要用javah生成头文件。
  3. 初次调用JIN方法时需要建立关联(在jni层搜索对应的方法)，影响效率。

• 动态注册

  JNI中有一种结构用来记录Java的Native方法和JNI方法的关联关系，它就是JNINativeMethod，它在jni.h中被定义：

  typedef struct {
      const char* name;//Java方法的名字
      const char* signature;//Java方法的签名信息
      void*       fnPtr;//JNI中对应的方法指针
  } JNINativeMethod;
  

  实现流程：

  1. 利用结构体 JNINativeMethod数组记录 java 方法与 JNI 函数的对应关系；

  2. 实现 JNI_OnLoad方法，在加载动态库后，执行动态注册；

  3. 调用 FindClass方法，获取 java 对象；

  4. 调用 RegisterNatives方法，传入 java 对象，以及JNINativeMethod数组，以及注册数目完成注册；

  优点：

  1. 流程更加清晰可控
  2. 效率更高

JavaVM和JNIEnv

• JavaVM是java虚拟机在jni层的代表，一个进程只有一个JavaVM, 所以所有线程共享一个JavaVM。

• JNIEnv表示java调用native语言的环境，是一个指向全部jni方法的指针。只在创建它的线程有效，不能跨线程传递。不同线程JNIEnv彼此独立。

• 获取JavaVM

  //方式一
  //通过JNIEnv获取JavaVM
  JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_don_ndk_NDKTest_getHello
          (JNIEnv *pEnv, jobject obj, jint param) {
  
      pEnv->GetJavaVM(&javaVM);
  
      jstring result = pEnv->NewStringUTF(getHello());
      return result;
  }
  

  //方式二
  //在加载动态链接库的时候，JVM会调用JNI_OnLoad(JavaVM* jvm, void* reserved)（如果定义了该函数），第一个参数会传入JavaVM指针。
  JavaVM *javaVM = NULL;
  
  jint JNI_OnLoad(JavaVM *vm, void *reserved) {
      javaVM = vm;
      LOGI("JNI_OnLoad ndk test");
      return JNI_VERSION_1_4;
  }
  

• 获取JNIEnv

  不同线程间的JNIEnv不同，换句话说，就是在线程A中的JNIEnv，在线程B中不能使用。
  JavaVM一个进程只有一个，java代码调用c++代码的时候jni给了一个JNIEnv变量，但是如果在c++中新创建了一个子线程C用于处理任务，那么在子线程C中不能使用前面的那个JNIEnv。如果子线程中想要使用JNIEnv，只能通过JavaVM得到一个新的JNIEnv，在子线程中使用。

  void threadTest() {
      pthread_create(&pthread, NULL, doThreadThing, NULL);
  }
  void *doThreadThing(void *data) {
      LOGI("doThreadThing ****************");
  
      if (javaVM == NULL) {
          LOGW("doThreadThing invalid javaVM");
          return NULL;
      }
      JNIEnv *jniEnv = NULL;
      jint ret = javaVM->GetEnv((void **) &jniEnv, JNI_VERSION_1_4);
      LOGI("doThreadThing ret: %d", ret);
  
      if (ret == JNI_EDETACHED) {
          if (javaVM->AttachCurrentThread(&jniEnv, NULL) != JNI_OK) {
              LOGW("doThreadThing AttachCurrentThread failed");
              return NULL;
          } else {
              LOGI("doThreadThing AttachCurrentThread success");
          }
      }
  
      if (jniEnv == NULL) {
          LOGW("doThreadThing invalid jniEnv");
          return NULL;
      } else {
          LOGI("doThreadThing get JNIEnv success");
      }
  
      calljstringMethod(jniEnv, jniObj);
  
      javaVM->DetachCurrentThread();
      pthread_exit(&pthread);
  }