Android Jni 多线程 蓝牙串口收发 实例 一

                 在工作有一个这样的需求：在一个Android App上，通过串口对一个蓝牙进行操作，其中包括发送消息，接收消息，并进行处理。     

=========================项目心得和遇上的问题总结=========================

    要实现这些功能，有很多种：多线程可以放在Jni层，这样接收和消息的整理逻辑都在Jni层，这样程序就会变得复杂一些，因为你不仅要Java调用C，还要C调用Java。我们也可以把这些逻辑层放在App层处理，Jni层只负责打开串口文件，并fd组织成FildDescriptor返回给App。其实如果按照程序的封装设计，Jni不应该有过多的逻辑处理，逻辑处理都应该交给App，用Java来写，这样的优点在于，相对于C来说，Java比较好写，不用考虑指针和垃圾回收，内存溢出，线程安全等问题也会少很多。最重要的是，把逻辑处理放在App容易提高整个程序的维护性，和Jni层的复用性，只要把Jni打包成库给别人使用即可。但是我们考虑到，C的效率更高，最主要C对字符处理和位的处理更容易。然后就很任性地选择了用C来实现一些杂乱的处理，当然，也是想挑战一下Jni下的编程。这里面也确实遇上了很多问题，这里就做一些简单总结吧。

        首先，我们Jni还是用C++写比较好。因为如果你比较懒，在Jni 编程里面提供的接口，一个同名的函数C++比C会少一些传参，具体比较一下jni.h就可发现。然后还有一个问题，在Android系统的Frameworks里会使用Jni会做一些工具，如果我们把我们写好的Jni放进系统里编译就可以很方便地利用这些工具，如用AndroidRuntime 可以很方便地获得Jnv（运行时环境）和JavaVm（当前App的虚拟机）。用C++还有一个优点是，如果你是C++编程高手，你可以很容易用C++写一个架构很好的Jni，如果不是，你也可以当C来用。

        但是，用C++来写会带来一个很致命的问题。就是编译好后在Java调用会Jni会提示，无法找到库，和无法找到对应的Jni函数。解决方法是，在源文件和头文件里加入如下语句

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#ifdef __cplusplus extern  "C"  { #endif      //sourc... #ifdef __cplusplus } #endif

        在这个功能App的设计中，对串口信息的接收发往上层通知的逻辑是连接整个框架的逻辑，所以，在哪和怎么样接收接收和通知会成为这整个App的关键。然而串口收到的命令时间是不确定性，和收到的多少也是无法确定的，再加上串口接收命令的简单，这给这些线程带来了不少问题。

        一开始，我们的线程设计为如下

        

    这样的设计有一个好处就是，可以保证发送和接收的同步进行和想匹配，意思就是说，我发送出去的消息会等待接收到的消息，这样就能保证我发什么就会接收到相应的回复。这时就可以根据回复做出相对应的动作和错误处理。但是这样就有一个问题就是这两个线程的设计，有太多的假设，我们假设SendMsg后会先跑到Wait Ack等接收线程，但有可能时在从SendMsg跑到Wait Ack的过程中，就把时间片让给了子线程，有可能这时候子线程已经收到消息并Ack了，这时主线程就会错失这个消息。还有可能主线程的Lock跑到Handle中，子线程已经从新开始，执行clear Buffer了。

    我们可以通过加多几个信号量来解决这些同步问题。但是这逻辑之间的相互作用就会变得非常多，也会非常杂乱，所以我们就没有往下走，开始想新的方案

        

        在新方案中，我们把线程之间的功能都独立开来，尽量让各个线程之间的关联和Wait更少一点，这样，逻辑就很清晰，各种逻辑问题就会少很多，每个线程我只管把数据丢出去，而不管丢出去后后会如何，在这里我们设计了一个函数包含一个interface让线程调用，interface该做什么动作就让看具体实现了，或许interfack还会把消息丢到别一个线程呢。在这里这样的设计越是到后面，要处理的回复越多，信息回复越得杂的时候越能体现优越性。还有个优点是上层不用阻塞，而是很舒服地被调用，这里就省下很多什么监听啊，阻塞等带来的烦恼。而这种方法有一个很大的缺点就是，我们发送了消息后我们无法立即根据我们发送的消息做发判断处理， 意思是我无法if( SendMsg() < 0 ){ ..... }。源码如下，线程收到消息并整理好后就会调用notifyAck了  

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private  void  notifyACK( int  ack, String arg){      Log.i(TAG,  "notifyACK "  + arg);      if (mAckCallBack !=  null ){          mAckCallBack.onACK(ack, arg);      } }   public  interface  AckCallBack {      public  void  onACK( int  ack, String arg); }

        这种方案中有一个问题要非常注意，在上层App中，UI线程和处理线程是分开的，即UI的更新最好不要在处理线程中，逻辑最好不要在UI线程中，如果不这样，有可能会出现一些很奇怪的问题，而不报错。我们就遇上了一个问题：在Jni中 callvoidmethod 不执行，callvoidmethod调用了notifyAck，但上面的Log怎么调都不打印，而编译器就不报错。出现这个问题的原因是callvoidmethod 在jni的线程中调用，而notifyAck里面又实现了UI的更新。所以导致了这个问题发生，而没有报错。这样的问题很头疼。

        项目上还有一个问题是比较纠结是，开出来的多线程一定要回收。如果你不回收当你的程序退出后马上再开，接收到的消息会在任意一时候乱入，还有可能打不开，或者直接造成死机。

        下面的源码是如果通知一个阻塞的线程退出，原理是用一个管道，然后在Poll数据的地方，同时poll这个管道，如果要退出则在这个管道时写入数据    

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//init pipe pipe(gThread_para.pipeFd)   //通知线程退出 void  kill_recv_thread( void ) {      //notify son thread to end      if  ( write(tp->pipeFd[1],  "0" , 1) != 1)      {          LOGE( "notify son thread to end failed \n" );      } }    void  *recv_thread( void  *args){      struct  pollfd pfd[2];      int32 timeout = -1;                while  ( 1 ) {          pfd[0].fd = gThread_para.pipeFd[0];          pfd[0].events = POLLIN;                             //Poll数据到来的同时Poll退出通知          int  res = poll(pfd, 2, timeout);                     if (POLLIN == pfd[0].revents){              //end thread              return  -2;          }      }  }

 

=========================技术实现难点总结=========================

        好了，不多说了。接下来结合源码，看一下一些技术上的问题：

一. Java调用C

        这个是通用的写法，网上有很多资料，也可以参考一下之前的文章《Android Jni 基础笔记》。

二. C调用Java

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jint initCallBack(JNIEnv *env, jobject thiz){        pthread_t mReceivePt;        int  res;        //通过thiz这个对象找到这个类。      gNotifyCallBack.serialPollClass = env->GetObjectClass(thiz);      //再找到要调用的函数      gNotifyCallBack.ackCBMethod = env->GetMethodID(gNotifyCallBack.serialPollClass,  "notifyACK" ,  "(ILjava/lang/String;)V" );        if ( /*gNotifyCallBack.callComingCBMethod == NULL || */  gNotifyCallBack.ackCBMethod == NULL){          LOGE( "no have method" );          return  -GET_CB_METHOD_ERR;      }            /*重点：我们要调用notifyAck这个Java函数就必须要通过实例对象来调用，在这个函数里可以通过thiz来调用，       *但怎么在任意地方调用这个实例对象的Java函数呢？有同学会想把thiz保存为一个全局变量即可。       *但是这个thiz只会做为一个临时变量，这个函数过后就会被回收。所以我们这个方法是不可行的       *可行的方法就是用evn提供的接口NewGlobalRef来保存一个全局变量*/      gBTHandlerObject = env->NewGlobalRef(thiz);            //调用Java函数，后面两个是传参      env->CallVoidMethod(gBTHandlerObject, gNotifyCallBack.ackCBMethod, ack, strArg); }

三. Jni多线程 

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//创建线程 int  creatThread(JNIEnv *env){      /*保存当前的虚拟机。很多时候你无法随意得到当前的env       *我们可以通过保存当前的虚拟机，来随时获得当前的evn       *C调用Java还有一种方法，就是让Java在获得出来的虚拟机上跑，这里就不介绍了       */      env->GetJavaVM(&gJvm);      assert (gJvm != NULL);      pthread_create(&mReceivePt, NULL, recv_thread, ( void  *)tp); }   //Thread func void  *recv_thread( void  *args){      JNIEnv *env;        struct  thread_para *pThread_para = ( struct  thread_para *)args;            //把当前线程依附在当前的env中，并获得当前env      if (gJvm->AttachCurrentThread(&env, NULL) != JNI_OK){          LOGE( "%s: AttachCurrentThread() failed" , __FUNCTION__);          return  NULL;      }        //get son thread's id      pThread_para->pid = pthread_self();        //push up the thread clean function      pthread_cleanup_push(thread_clean, args);        while (1)      {          //main function in son thread      }        //通知退出      pthread_cleanup_pop(1);        //取消依附      if (gJvm->DetachCurrentThread() != JNI_OK){          LOGE( "%s: DetachCurrentThread() failed" , __FUNCTION__);      }        LOGI( "Pthread exit!!!" );        pthread_exit(0); }   void  thread_clean( void  *args) {      struct  thread_para *pThread_para = ( struct  thread_para *)args;        LOGI( "thread_clean\n" ); }

四. Jni多个目录的Android.mk 编译

有两种情况会把源码分为多个目录，一个是多个源码在不同的目录，但是生成的是同一个模块。二是不同的目录下的源码生成一个模块

第一种情况：

这种情况下是要把所有的源文件都加入到Android.mk LOCAL_SRC_FILES这个宏里。

把源码文件加入这个宏可以用几个脚本函数：

 以下脚本在alps\build\core\definitions.mk中定义 

#找出子目录的所有Java文件

LOCAL_SRC_FILES := $(call all-subdir-java-files)  

#找出指定目录的所有Java文件

LOCAL_SRC_FILES := $(call all-java-files-under,src tests)

#同样还有C的脚本函数，可以到definitions.mk查找相应的函数

all-c-files-under

但是definitions.mk并没有cpp的脚本函数那该怎么写呢？

假如我有源码在bt文件夹和当前文件下，写法如下：

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bt_sources := $(wildcard $(LOCAL_PATH) /bt/ *.cpp) bt_sources := $(bt_sources:$(BT_DIR)/%=%)   LOCAL_SRC_FILES := $(bt_sources:%=$(BT_DIR_NAME)/%) \                      current.cpp

第一句话的意思查找出这个路径下所有的cpp文件，得出的结果是$(bt_sources) 的值为：绝对路径+目录下所有的cpp文件

jni/bt/xxxa.cpp jni/bt/xxxb.cpp jni/bt/xxxc.cpp  #注意：我们是在apk的源目录下用ndk-build的，jni的源码在jni目录下

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LOCAL_PATH := $(call my- dir )   include $(LOCAL_PATH) /SerialPoll/Android .mk   #generate libserialctrl.so include $(CLEAR_VARS) LOCAL_PRELINK_MODULE :=  false   BT_DIR_NAME := Bt BT_DIR := $(LOCAL_PATH)/$(BT_DIR_NAME)   bt_sources := $(wildcard $(BT_DIR)/*.cpp) bt_sources := $(bt_sources:$(BT_DIR)/%=%)   main_source := $(wildcard $(LOCAL_PATH)/*.cpp) main_source := $(main_source:$(LOCAL_PATH)/%=%) #$(warning $(bt_sources)) #$(warning $(main_source))   LOCAL_SRC_FILES := $(bt_sources:%=$(BT_DIR_NAME)/%) \                      $(main_source)   LOCAL_LDLIBS := -llog LOCAL_SHARED_LIBRARIES := \                          libandroid_runtime\                          liblog \                          libcutils \                          libnativehelper \                          libcore /include                           LOCAL_PRELINK_MODULE :=  false                       LOCAL_MODULE := libserialctrl include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

第二种情况：

只要在总的Android.mk里include目标目录的Android.mk即可。include $(LOCAL_PATH)/xxxx/Android.mk

目标目录的Android.mk如基础写法。但源码的路径已经变了，要使用如下方法：

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#generate libserialpoll.so include $(CLEAR_VARS) LOCAL_PRELINK_MODULE :=  false   src_file := $(sildcard $(LOCAL_PATH) /xxxxxA/ *.cpp)   LOCAL_SRC_FILES := $(src_file:%=xxxxxA/%)   LOCAL_LDLIBS := -llog   LOCAL_SHARED_LIBRARIES := \                          libandroid_runtime\                          liblog \                           LOCAL_PRELINK_MODULE :=  false                       LOCAL_MODULE := libserialpoll include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)