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前沿小記

• 1、Android架構(gòu)師要學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)有很多，后面我會(huì)總結(jié)下關(guān)于Android開發(fā)中jni和ndk開發(fā)的知識(shí)點(diǎn)，當(dāng)前基礎(chǔ)是越牢固越好，后期學(xué)習(xí)起來就不會(huì)太累，一點(diǎn)就懂;
• 2、今天我們就來總結(jié)下jni和ndk的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn);
• 3、Android 平臺(tái)從一開就已經(jīng)支持了C/C++了。我們知道Android的SDK主要是基于Java的，所以導(dǎo)致了在用Android SDK進(jìn)行開發(fā)的工程師們都必須使用Java語言。不過，Google從一開始就說明Android也支持JNI編程方式，也就是第三方應(yīng)用完成可以通過JNI調(diào)用自己的C動(dòng)態(tài)度;

一、什么是ndk

• NDK提供了一系列的工具，幫助開發(fā)者快速開發(fā)C(或C++)的動(dòng)態(tài)庫，并能自動(dòng)將so和java應(yīng)用一起打包成apk。這些工具對(duì)開發(fā)者的幫助是巨大的;
• NDK集成了交叉編譯器，并提供了相應(yīng)的mk文件隔離CPU、平臺(tái)、ABI等差異，開發(fā)人員只需要簡(jiǎn)單修改mk文件(指出“哪些文件需要編譯”、“編譯特性要求”等)，就可以創(chuàng)建出so;
• NDK可以自動(dòng)地將so和Java應(yīng)用一起打包，極大地減輕了開發(fā)人員的打包工作;
• NDK提供了一份穩(wěn)定、功能有限的API頭文件聲明;Google明確聲明該API是穩(wěn)定的，在后續(xù)所有版本中都穩(wěn)定支持當(dāng)前發(fā)布的API。從該版本的NDK中看出，這些API支持的功能非常有限，包含有：C標(biāo)準(zhǔn)庫(libc)、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)庫(libm)、壓縮庫(libz)、Log庫(liblog);
• NDK的發(fā)布，使“Java+C”的開發(fā)方式終于轉(zhuǎn)正，成為官方支持的開發(fā)方式;
• 使用NDK，我們可以將要求高性能的應(yīng)用邏輯使用C開發(fā)，從而提高應(yīng)用程序的執(zhí)行效率;
• 使用NDK，我們可以將需要保密的應(yīng)用邏輯使用C開發(fā)。畢竟，Java包都是可以反編譯的;
• NDK促使專業(yè)so組件商的出現(xiàn)：比如視頻庫的編譯、音頻庫、圖片庫濾鏡等等;
• NDK將使Android平臺(tái)支持C開發(fā)的開端;NDK提供了的開發(fā)工具集合，使開發(fā)人員可以便捷地開發(fā)、發(fā)布C組件。同時(shí)，Google承諾在NDK后續(xù)版本中提高“可調(diào)式”能力，即提供遠(yuǎn)程的gdb工具，使我們可以便捷地調(diào)試C源碼;

二、為什么使用NDK

在平臺(tái)之間移植其應(yīng)用;

重復(fù)使用現(xiàn)在庫，或者提供其自己的庫重復(fù)使用;

在某些情況下提性能，特別是像游戲這種計(jì)算密集型應(yīng)用;

使用第三方庫，現(xiàn)在許多第三方庫都是由C/C++庫編寫的，比如Ffmpeg這樣庫;

不依賴于Dalvik Java虛擬機(jī)的設(shè)計(jì);

代碼的保護(hù)。由于APK的Java層代碼很容易被反編譯，而C/C++庫反編譯難度大;

三、jni詳解

1、jni是什么?以及和ndk關(guān)系

• JNI，全稱為Java Native Interface，即Java本地接口，JNI是Java調(diào)用Native 語言的一種特性。通過JNI可以使得Java與C/C++機(jī)型交互。即可以在Java代碼中調(diào)用C/C++等語言的代碼或者在C/C++代碼中調(diào)用Java代碼。由于JNI是JVM規(guī)范的一部分，因此可以將我們寫的JNI的程序在任何實(shí)現(xiàn)了JNI規(guī)范的Java虛擬機(jī)中運(yùn)行;
• 在Android Framework中，需要提供一種媒介或 橋梁，將Java層(上層)與C/C++層(下層)有機(jī)的聯(lián)系起來，使得他們互相協(xié)調(diào)完成某些任務(wù)。而充當(dāng)這種媒介的就是Java本地接口(JNI，Java Native Interface);
• JNI提供一些列的接口，允許Java類與C/C++等本地編輯語言(在JNI中，這些語言被稱為 本地語言)編寫的應(yīng)用 程序、模塊 、庫進(jìn)行交互操作。比如，在Java類中使用C語言庫中的函數(shù)或在C語言中使用 Java類庫，都需要借助JNI;
• Android NDK是一個(gè)開發(fā)工具集，提供一系列工具快速開發(fā)C/C++的動(dòng)態(tài)庫，并能自動(dòng)將 .so/.dll 和 Java 應(yīng)用一起打包到Apk;NDK提供工具可以方便JNI調(diào)用C/C++,而且提供了交叉編譯器可以修改.mk文件生成特定CPU平臺(tái)的動(dòng)態(tài)庫，并能將so和java應(yīng)用一起打包到apk中;簡(jiǎn)單說就是JNI負(fù)責(zé)Java與C/C++進(jìn)行互相操作，NDK提供工具方便在Android平臺(tái)使用JNI;

2、JNI開發(fā)流程的步驟

• 在Java中先聲明一個(gè)native方法;
• 編譯Java源文件javac得到.class文件;
• 通過javah -jni命令導(dǎo)出JNI的.h頭文件;
• 使用Java需要交互的本地代碼，實(shí)現(xiàn)在Java中聲明的Native方法;
• 將本地代碼編譯成動(dòng)態(tài)庫(Windows系統(tǒng)下是.dll文件，如果是Linux系統(tǒng)下是.so文件，如果是Mac系統(tǒng)下是.jnilib);
• 通過Java命令執(zhí)行Java程序，最終實(shí)現(xiàn)Java調(diào)用本地代碼;

3、 JNI數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

JNI函數(shù)表的組成就像C++的虛函數(shù)表。虛擬機(jī)可以運(yùn)行多張函數(shù)表，舉例來說，一張調(diào)試函數(shù)表，另一張是調(diào)用函數(shù)表。JNI接口指針僅在當(dāng)前線程中起作用。這意味著指針不能從一個(gè)線程進(jìn)入另一個(gè)線程，然而，可以在不同的咸亨中調(diào)用本地方法;

jdouble test (JNIEnv *env, jobject obj, jint i, jstring s) 
{ 
     const char *str = (*env)->GetStringUTFChars(env, s, 0);  
     (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, s, str);  
     return 10; 
} 

JNI有自己的原始數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)引用類型如下

四、jni交互原理詳解

1、JavaVM

JavaVM是Java虛擬機(jī)在JNI層的代表，JNI全局僅僅有一個(gè)JavaVM結(jié)構(gòu)中封裝了一些函數(shù)指針(或叫函數(shù)表結(jié)構(gòu))，JavaVM中封裝的這些函數(shù)指針主要是對(duì)JVM操作接口。另外，在C和C++中的JavaVM的定義有所不同，在C中JavaVM是JNIInvokeInterface_類型指針，而在C++中有對(duì)JNIInvokeInterface_進(jìn)行了一次封裝，比C中少了一個(gè)參數(shù)，這也是為什么JNI代碼更推薦使用C++來編寫的原因;

2、JNIEnv

JNIEnv是一個(gè)線程相關(guān)的結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體代表了Java在本線程的執(zhí)行環(huán)境

JNIEnv是當(dāng)前Java線程的執(zhí)行環(huán)境，一個(gè)JVM對(duì)應(yīng)一個(gè)JavaVM結(jié)構(gòu)，而一個(gè)JVM中可能創(chuàng)建多個(gè)Java線程，每個(gè)線程對(duì)應(yīng)一個(gè)JNIEnv結(jié)構(gòu)，它們保存在線程本地存儲(chǔ)TLS中。因此，不同的線程的JNIEnv是不同，也不能相互共享使用。JNIEnv結(jié)構(gòu)也是一個(gè)函數(shù)表，在本地代碼中通過JNIEnv的函數(shù)表來操作Java數(shù)據(jù)或者調(diào)用Java方法。也就是說，只要在本地代碼中拿到了JNIEnv結(jié)構(gòu)，就可以在本地代碼中調(diào)用Java代碼;

調(diào)用Java 函數(shù)：JNIEnv代表了Java執(zhí)行環(huán)境，能夠使用JNIEnv調(diào)用Java中的代碼;

操作Java代碼：Java對(duì)象傳入JNI層就是jobject對(duì)象，需要使用JNIEnv來操作這個(gè)Java對(duì)象;

3、JNIEnv和JavaVM的區(qū)別

• JavaVM：JavaVM是Java虛擬機(jī)在JNI層的代表，JNI全局僅僅有一個(gè);
• JNIEnv：JavaVM 在線程中的代碼，每個(gè)線程都有一個(gè)，JNI可能有非常多個(gè)JNIEnv;

4、JNIEnv與線程

• JNIEnv是線程相關(guān)的，即在每一個(gè)線程中都有一個(gè)JNIEnv指針，每個(gè)JNIEnv都是線程專有的，其他線程不能使用本線程中的JNIEnv，即線程A不能調(diào)用線程B的JNIEnv,所以JNIEnv不能跨線程;
• JNIEnv只在當(dāng)前線程有效：JNIEnv僅僅在當(dāng)前線程有效;
• JNIEnv不能在線程之間進(jìn)行傳遞，在同一個(gè)線程中，多次調(diào)用JNI層方便，傳入的JNIEnv是同樣的;
• 本地方法匹配多個(gè)JNIEnv：在Java層定義的本地方法，能夠在不同的線程調(diào)用，因此能夠接受不同的JNIEnv;

5、JNIEnv結(jié)構(gòu)

6、JNIEnv相關(guān)的常用函數(shù)

創(chuàng)建Java中的對(duì)象 
    jobject     (*NewObject)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, ...); 
    jobject     (*NewObjectV)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, va_list); 
    jobject     (*NewObjectA)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, const jvalue*); 
字符串相關(guān) 
  jstring     (*NewString)(JNIEnv*, const jchar*, jsize); 
    jsize       (*GetStringLength)(JNIEnv*, jstring); 
    const jchar* (*GetStringChars)(JNIEnv*, jstring, jboolean*); 
    void        (*ReleaseStringChars)(JNIEnv*, jstring, const jchar*); 
    jstring     (*NewStringUTF)(JNIEnv*, const char*); 
    jsize       (*GetStringUTFLength)(JNIEnv*, jstring); 
    /* JNI spec says this returns const jbyte*, but that's inconsistent */ 
    const char* (*GetStringUTFChars)(JNIEnv*, jstring, jboolean*); 
獲取數(shù)組相關(guān) 
 jsize GetArrayLength(jarray array) 
{ return functions->GetArrayLength(this, array); } 
jobject GetObjectArrayElement(JNIEnv *env, 
jobjectArray array, jsize index); 

總結(jié)：

• 以上是學(xué)習(xí)jni的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，必須理解的，不懂的就問就學(xué);
• jni還有很多知識(shí)點(diǎn)，比如動(dòng)態(tài)注冊(cè)，靜態(tài)注冊(cè)等等;
• 要學(xué)習(xí)一點(diǎn)c語言和c++的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，后面會(huì)講到總結(jié)。

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