JNI高阶知识总结

JNI与NDK的关系

NDK可以为我们生成了C/C++的动态链接库，JNI是java和C/C++沟通的接口，两者与android没有半毛钱关系，只因为安卓是java程序语言开发，然后通过JNI又能与C/C++沟通，所以我们可以使用NDK+JNI来实现“Java+C”的开发方式。

JNIEnv与JavaVM

JNIEnv 概念 : 是一个线程相关的结构体, 该结构体代表了 Java 在本线程的运行环境 ;

JNIEnv 与 JavaVM : 注意区分这两个概念;
– JavaVM : JavaVM 是 Java虚拟机在 JNI 层的代表, JNI 全局只有一个;
– JNIEnv : JavaVM 在线程中的代表, 每个线程都有一个, JNI 中可能有很多个 JNIEnv;

JNIEnv 作用 :
– 调用 Java 函数 : JNIEnv 代表 Java 运行环境, 可以使用 JNIEnv 调用 Java 中的代码;
– 操作 Java 对象 : Java 对象传入 JNI 层就是 Jobject 对象, 需要使用 JNIEnv 来操作这个 Java 对象;

JNIEnv 体系结构
线程相关 : JNIEnv 是线程相关的, 即 在 每个线程中 都有一个 JNIEnv 指针, 每个JNIEnv 都是线程专有的, 其它线程不能使用本线程中的 JNIEnv, 线程 A 不能调用 线程 B 的 JNIEnv;

*.so的入口函数

JNI_OnLoad()与JNI_OnUnload()
当Android的VM(Virtual Machine)执行到System.loadLibrary()函数时，首先会去执行C组件里的JNI_OnLoad()函数。它的用途有二：
(1)告诉VM此C组件使用那一个JNI版本。如果你的.so档没有提供JNI_OnLoad()函数，VM会默认该.so档是使用最老的JNI 1.1版本。由于新版的JNI做了许多扩充，如果需要使用JNI的新版功能，例如JNI 1.4的java.nio.ByteBuffer,就必须藉由JNI_OnLoad()函数来告知VM。
(2)由于VM执行到System.loadLibrary()函数时，就会立即先呼叫JNI_OnLoad()，所以C组件的开发者可以藉由JNI_OnLoad()来进行C组件内的初期值之设定(Initialization) 。

这里写图片描述
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JNI字符串函数

常用的JNI函数将在后续介绍，这里给出其中的字符串操作函数的函数名以及相关描述。

GetStringChars
ReleaseStringChars 获得/释放一个Unicode格式的字符串指针，可能返回一个字符串的副本

GetStringUTFChars
ReleaseStringUTFChars 获得/释放一个UTF-8格式的字符串指针，可能返回一个字符串的副本

GetStringLength 返回Unicode格式字符串的长度

GetStringUTFLength 返回UTF-8格式字符串的长度

NewString 根据Unicode格式的C字符串创建一个Java字符串

NewStringUTF 根据UTF-8格式的C字符串创建一个Java字符串

GetStringCritical
ReleaseStringCritical 获得/释放一个Unicode格式的字符串指针，可能返回一个字符串的副本【在该函数对区间内，不能使用任何JNI函数】

GetStringRegion 将Unicode格式的String复制到预分配的缓冲区中

GetStringUTFRegion 将UTF-8格式的String复制到预分配的缓冲区中

int sprintf( char *buffer, const char *format, [ argument] … );
类似于printf，根据格式化字符串format，将后续参数列表中的参数逐个输出。不过输出目标不是标准输出终端，而是字符串buffer。

字符串操作

C字符串——>java字符串

例如：下面的函数以一个C字符串为参数，并返回一个Java字符串引用类型jstring值。

jstring javastring
javastring = (*env)->NewStringUTF(env, "I LOVE YOU !");

注意，在内存溢出的情况下，NewString函数将返回NULL以通知原生代码虚拟机中有异常抛出。

java字符串转换成C字符串

为了在原生代码中使用java字符串，需要先将java字符串转换成C字符串，我们使用GetStringChars函数可以将Unicode格式的java字符串转换成C字符串，使用GetStringUTFChars函数可以将UTF-8格式的Java字符串转换成C字符串。这些函数的第三个参数均为可选参数，该可选参数名是isCopy，它让调用者确定返回的C字符串地址指向副本还是指向堆中的固定对象。例如：

const jbyte* str;
jboolean isCopy;

str = (*env)->GetStringUTFChars(env, javaString,&isCopy);
if(0 != str){
    printf("java String: %s",str);
    if(JNI_TRUE == isCopy){
        printf("C String is a copy of the java String");
    }else{
        printf("C String points to actual String");
    }
}

释放字符串
通过JNI GetStringChars 函数GetStringUTFChars函数获得的C字符串在原生代码中使用完成之后需要正确的释放，否则将会引起内存泄漏。通常我们使用ReleaseStringChars函数释放Unicode格式的字符串，使用ReleaseUTFStringChars函数释放UTF-8格式的字符串.

(*env)->ReleaseUTFStringChars(env,javaString,str);

数组操作

JNI把java数组当成引用类型来处理，JNI提供必要的函数访问和处理Java数组。

创建数组

用NewArray函数在原生代码中创建数组实例，其中可以是Int、Char和Boolean等。例如：


jintArray javaArray;
javaArray = (*env)->NewIntArray(env,10);
if(0 != javaArray){
/*数组使用……*/
}

注意，在内存溢出的情况下，NewArray函数将返回NULL以通知原生代码虚拟机中有异常抛出。

访问数组元素

JNI提供两种访问java数组元素的方法，可以将数组的代码赋值成C数组或者让JNI提供直接执行数组元素的指针。

对副本的操作

1.java数组转C数组
GetArrayRegion函数将给定的基本Java数组赋值到给对你给的C数组中，例如：


jint nativeArray[10];
(*evn)->GetIntArrayRegion(env,javaArray,0,10,nativeArray);

2.C数组转java数组
原生代码可以像使用普通的C数组一样使用和修改数组元素。当原生代码想将所做的修改提交给java数组时，可以使用SetArrayRegion函数将C数组复制回java数组中。例如：

(*env)->SetIntArrayRegion(env,javaArray,0,10,nativeArray);

注意：当数组很大时，对数组做复制操作会引起性能问题。

对直接指针的操作

3.java数组转C数组
原生代码可以使用GetArrayElements函数获取执行数组元素的直接指针。例如：

jint nativeDirectArray;
jboolean isCopy;

nativeDirectArray = (*env)->GetIntArrayElements(env,javaArray,&isCopy);

其中，第三个&isCopy参数为可选参数，让调用者确定返回的C字符串地址指向副本还是指向堆中的固定对象。 
因为可以像普通的C数组一样访问和处理数组元素，因此JNI没提供访问和处理数组元素的方法，JNI要求原生代码用完这些指针后立刻释放，否则会出现内存溢出。可以使用JNI提供的ReleaseArrayElements函数释放GetArrayElements返回的C数组。例如：



(*env)->ReleaseIntArrayRegion(env,javaArray,nativeDirectArray,0);

其中第四个参数是释放模式。 
释放模式动作0将内容复制回来并释放原生数组JNI_COMMIT将内容复制回来但是不释放原生数组，一般用于周期性的更新一个java数组JNI_ABORT释放原生数组但不用将内容复制回来

NIO操作

JNI提供了在原生代码中使用NIO（I/O）的函数，与数组操作相比更适合原生代码和java应用程序之间传送大量数据。

创建直接字节缓冲区

原生代码可以创建java应用程序使用的直接字节缓冲区，该过程是以提供一个原生C字节数组为基础，例如：

unsigned char* buffer = (unsigned  char*) malloc(1024)
……
jobject directBuffer;
directBuffer = (*env)->NewDirectByteBuffer(env,buffer,1024);

直接字节缓冲区获取

java应用程序中也可以创建直接字节缓冲区，在原生代码中调用GetDirectBufferAddress函数可以获取原生自己数组的内存地址。例如：


unsigned char* buffer
buffer = (unsigned char*) (*env)->GetDirectBufferAddress(env,directBuffer);

JNI访问java对象属性

// 实例域
private String instanceField = "Instance Field ";
// 静态域
private static String staticField = "Static Field ";

获取域ID
JNI提供了用域ID访问两类域的方法，可以通过给定实例的class对象获取域ID，用GetObjectClass函数可以获得class对象，例如：


jclass clazz
clazz = (*env)->GetObjectClass(env,instance);

1.使用GetFieldID获取实例域的ID

jfieldID instanceFieldId;
instanceField = (*env)->GetFieldID(env,clazz,"instanceFieldId","Ljava/lang/String;");

2.使用GetStaticFieldID获取静态域的ID

jfieldID staticFieldId;
staticFieldId = (*env)->GetStaticFieldID(env,clazz,"staticFieldId","Ljava/lang/String;");

获取域
在获得域ID之后，可以用GetField函数获得实际的实例域，例如：

1.获得实例域

jstring instanceFieldId;
instanceField = (*env)->GetObjectField(env,clazz,"instanceFieldId");

2.获得静态域


jfieldID staticField;
staticFieldId = (*env)->GetStaticObjectField(env,clazz,"staticFieldId");

两个函数的最后一个参数是java中表示域类型的域描述符，其中”Ljava/lang/String;”表明域类型是Sting。

JNI调用Java方法

public class WJavaClass{
// 实例方法
private String instanceMethod(){
return "Instance Method";
}
// 静态方法
private static String staticMethod(){
return "StaticMethod";
}
}

获取方法ID
JNI提供了用方法ID访问两类方法的途径，可以用给定实例的class对象获得方法ID。用GetMethodID函数获得实例方法的方法ID，例如：

jmethodID instanceMethodId;
instanceMethodId = (*env)->GetMethodID(env,clazz,"instanceMethod","()Ljava/lang/String;");

用GetStaticMethodID函数获得静态域的方法ID，例如：


jmethodID staticMethodId;
staticMethodId = (*env)->GetStaticMethodID(env,clazz,"staticMethod","()Ljava/lang/String;");

两个函数的最后一个参数均表示方法描述符，在Java中表示方法签名。

调用方法
可以以方法ID为参数通过CallMethod类函数调用实际的实例方法，例如：
1.调用实例方法


jstring instanceMethodResult;
instanceMethodResult = (*env)->CallStringMethod(env,instance,"instanceMethodId");

2.调用静态方法

jstring staticMethodResult;
staticMethodResult = (*env)->CallStaticStringMethod(env,clazz,"staticMethodId");

JNI调用Java静态方法案例

public class HelloJni extends Activity {
    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        callJavaStaticMethod();
    }

    public native String callJavaStaticMethod();

    static {
        System.loadLibrary("hello-jni");
    }

    // 静态方法
    private static String staticMethod() {
        return "StaticMethod Castiel";
    }
}

#include <string.h>
#include <jni.h>
#include <android/log.h>

JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_example_hellojni_HelloJni_callJavaStaticMethod(JNIEnv *env, jclass type) {

    jclass jniClass = (*env)->FindClass(env, "com/example/hellojni/HelloJni");
    if (NULL == jniClass) {
        __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,"HelloJni","can't find jclass");
        return;
    }
    jmethodID getMId = (*env)->GetStaticMethodID(env, jniClass, "staticMethod",
                                                              "()Ljava/lang/String;");
    if (NULL == getMId) {
        __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,"HelloJni","can't find method getStringFromStatic from JniClass");
        return;
    }
    jstring result = (*env)->CallStaticObjectMethod(env, jniClass, getMId);
    const char *resultChar = (*env)->GetStringUTFChars(env, result, NULL);
    (*env)->DeleteLocalRef(env, jniClass);
    (*env)->DeleteLocalRef(env, result);
    __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,"HelloJni",resultChar);

JNI异常处理

调用throwingMethod方法时，accessMethod原生方法需要显示地做异常处理。JNI提供了ExceptionOccurred函数查询虚拟机中是否有挂起的现象。例如，原生代码中的异常处理：

jthrowable ex;
……
(*env)->CallVoidMethod(env,instance,throwingMethodId);
ex = (*env)->ExceptionOccurred(env);
if(0 != ex){
(*env)->ExceptionClear(env);
/*Exception handler*/
}

抛出异常

public class WJavaClass{
// 抛出方法
private void throwingMethod() throws NullPointerException{
throw new NullPointerException("Null Pointer");
}
}

JNI也允许原生代码抛出异常。因为异常是java类，应该先用FindClass函数找到异常类。用ThrowNew函数可以初始化且抛出新的异常，例如：


jclass clazz;
……
clazz = (*env)->FindClass(env,"java/lang/NullPointerException");
if(0 !=clazz){
(*env)->ThrowNew(env,clazz,"Exception message");
}

JNI的局部引用和全局引用和弱全局引用

局部引用
大多数JNI函数返回局部引用。局部引用不能在后续的调用中被缓存及重用，主要是因为它们的使用期限仅限于原生方法，一旦原生函数返回，局部引用即被释放。例如，使用FindClass函数返回一个局部引用，当原生方法返回时，它被自动释放，也可以用DeleteLocalRef函数显示释放原生代码：


jclass clazz
clazz = (*env)->FindClass(env,"java/lang/String");
……
(*env)->DeleteLocalRef(env,clazz);

根据JNI的规范，虚拟机应该允许原生代码创建最少16个局部引用

全局引用
全局引用在原生方法的后续调用过程中依然有效，除非它们被原生代码显示释放。
1.创建全局引用
可以用NewGlobalRef函数将局部引用初始化为全局引用，例如：


jclass localclazz
jclass globalclazz
……
localclazz = (*env)->FindClass(env,"java/lang/String");
globalclazz = (*env)->NewGlobalRef(env,localclazz );
……
 (*env)->DeleteLocalRef(env,localclazz );

2.删除全局引用
当原生代码不再需要一个全局引用时，可以随时用DeleteLocalRef函数释放它。

 (*env)->DeleteLocalRef(env,globalclazz );

弱全局引用
弱全局引用和全局引用一样，在原生方法的后续调用过程中依然有效。与全局引用不同，弱全局引用并不阻止潜在的对象被垃圾回收。
1.创建弱全局引用
用NewWeakGlobalRef函数对弱全局引用进行初始化，例如：


jclass weakGlobalclazz
weakGlobalclazz = (*env)->NewWeakGlobalRef(env,localclazz);

2.弱全局引用的有效性校验
可以使用IsSameObject函数检验一个弱全局引用是否仍然指向活动的类实例，例如：


if(JNI_FALSE == (*env)->IsSameObject(env,weakGlobalClazz,NULL)){
/*对象仍然处于活动状态且可以使用*/
}else{
/*对象被垃圾回收期收回，不能使用*/
}

删除弱全局引用
可以随时使用DeleteWeakGlobalRef函数释放弱全局引用。

(*env)->DeleteLocalRef(env,weakGlobalClazz);

JNI常用函数大全

http://blog.csdn.net/qinjuning/article/details/7595104

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