Android Jni的介绍和简单Demo实现
文章目录
- [Android Jni的介绍和简单Demo实现](#Android Jni的介绍和简单Demo实现)
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- 一、JNI的简单介绍
- 二、JNI的简单Demo
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- 1、Demo主要界面和效果展示
- 2、CMake编译加载文件
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- [add_library 指令的加载库说明：](#add_library 指令的加载库说明：)
- [find_library 指令](#find_library 指令)
- [target_link_libraries 指令说明](#target_link_libraries 指令说明)
- 3、MainActivity.java
- 4、native-lib.cpp
- 5、Jni引用其他cpp文件代码
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- [1、定义TestCPlus.h 文件](#1、定义TestCPlus.h 文件)
- 2、TestCPlus.cpp
- 3、native-lib.cpp文件中调用
- 同时，要加载的cpp文件也别忘了在CMakeList.txt中进行声明
- 三、其他
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- 1、Jni基础的几点内容
- 2、java数据类型与jni类型映射表
- [3、Java签名类型 常用的数据类型及对应字符:](#3、Java签名类型 常用的数据类型及对应字符:)
- 4、JNI类型api调用表格
- 共勉：不用辜负每一天的时光。
一、JNI的简单介绍
JNI
JNI 全程：JNI(Java Native Interface)，通俗翻译：Java本地方法
官方说法：提供一种Java字节码调用C/C++的解决方案，JNI描述的是一种技术。
所以这里的Nativie的本地的意思就是C/C++，所以JNI通俗理解就是Java调用C/C++的方案技术。
NDK
NDK(Native Development Kit)，通俗翻译：本地发展（扩展）工具
Android NDK 是一组允许您将 C 或 C++（"原生代码"）嵌入到 Android 应用中的工具，NDK描述的是工具集。
同样，把这里的Native理解成C/C++，那么NDK的简单理解就是能把C/C++编译成Java识别的工具模块。
Android Studio中已经集成了NDK，所以才可以在Java代码中很方便就可以调用到C/C++的代码。
网上有些示例是用NDK命令来编译cpp生成so，并调用测试，这里不做介绍。
Jni的开发背景：
需要调用Java语言不支持的依赖于操作系统平台特性的一些功能，比如
● 需要调用当前UNIX系统的某个功能，而Java不支持这个功能的时候，就要用到JNI
● 在程序对时间敏感或对性能要求特别高时，有必要用到更底层的语言来提高运行效率
● 音视频开发涉及到的音视频编解码需要更快的处理速度，这就需要用到JNI
● 为了整合一些以前的非Java语言开发的系统
● 需要用到早期实现的C/C++语言开发的一些功能或者系统，将这些功能整合到当前的系统或者新的版本中
其实就是为了调用C/C++代码
JNI是完善Java的一个重要功能，它让Java更加全面、封装了各个平台的差异性
JNI在 Android 开发里的主要应用场景：
● 音视频开发
● 热修复
● 插件化
● 逆向开发
● 等等...
这些都是比较复杂的模块，很多实现Java代码无法实现或者使用Java代码实现会很低效的情况。
所以这些模块开发的就要提前掌握Jni相关技术才能实现复杂功能。
其实这些概念，看一百遍也是很容易忘记的，只要记住一点就行了：
Jni就是Java为了调用C语言的技术，其中过程用到了NDK相关工具。
java-jni-c/c++ 关系图也是比较简单明了的：
本文将介绍Jni相关的基础知识，对jni有了记录了解后，后续还会再写一些Jni 进阶的文章。
Jni基础很简单，比如：Java 代码中加载so库，定义native方法，jni代码中执行简单的实现，相信很多人都是会的；
Jni的进阶知识：jni添加日志，复制对象的调用，C++调用Java方法，Jni方法的动态注册和静态注册，Jni报错分析等等，这些都是有一定的难度的，经过一定的学习了解就可以掌握了。
这些Jni相关知识的学习，不需要系统源码环境，只需要电脑安装Android Studio，安装模拟器或者有安卓真机调试验证就可以了。
Jni在系统源码环境中也是有很多相关的代码和使用场景，
如果是入门学习，优先使用Android Stduio 创建的项目会好入手很多，
本文以及后续的分析学习文章都是基于非源码环境中，大部分人都可以进行学习和了解。
本文讲解jni基础部分还是比较全面和清晰的，有兴趣的可以先收藏。
二、JNI的简单Demo
这里以Android Studio创建Jni项目，并且提前安装了NDK相关工具。
1、Demo主要界面和效果展示
在Android Studio 中新建一个项目
如下图所示：
完成后，即可创建一个最简单的JNI项目。
可以直接点击运行在模拟器上或者连接的Android设备，即调用了CPP文件返回字符串并在Android界面显示Hello World，项目代码就包含了一个最基本的jni架构代码。
本文Jni 示例Demo实现加减乘除运算，以及字符串拼接，如下图所示：
里面具体实现都是在cpp代码中实现的。
这个JNI项目涉及的主要代码入下：
2、CMake编译加载文件
CMakeLists.txt 大致内容如下：
cmake_minimum_required(VERSION 3.18.1) //版本
project("jnidemo") //加载的项目
//至少三个参数，参数直接没有标点符号哦，用换行隔开
第一个参数表示加载的库文件（动态.so/静态.a）
第二个参数表示库加载的方式，有动态SHARED，有静态STATIC（极少用）
后面的参数可以N个，表示要加载的CPP文件，也可以用集合指向
add_library(
jnidemo
SHARED
native-lib.cpp
TestCPlus.cpp
)
//下面两个是关联的，简单示例中不写也是可以正常运行的
find_library(
log-libxx
log)
target_link_libraries(
jnidemo
${log-libxx})
add_library 指令的加载库说明：
SHARED: 表示动态库，可以在(Java)代码中使用 System.loadLibrary(name) 动态调用；
STATIC: 表示静态库，集成到代码中会在编译时调用；
也就是说动态加载，只有进入那个类并且执行System.loadLibrary，才把库文件加载进来；
而静态加载会在应用编译的时候就把CPP的代码编译成虚拟机能识别的语句放到apk。
所以动态加载的库文件可以在应用运行中使用一定的手段进行替换，但是静态加载的库却不行。
find_library 指令
语法：find_library( name1 path1 path2 ...)
VAR 变量表示找到的库全路径，包含库文件名 。例如：
find_library(libX X11 /usr/lib)
find_library(log-lib log) #路径为空，应该是查找系统环境变量路径
find_library可以多个，并且给下面的 target_link_libraries 连接使用。
target_link_libraries 指令说明
语法：target_link_libraries(target library <debug | optimized> library2...)
这个指令可以用来为 target 添加需要的链接的共享库（可以多个），同样也可以用于为自己编写的共享库添加
共享库链接。
比如下面示例：
#指定 compress 工程需要用到 libjpeg 库和 log 库
target_link_libraries(compress libjpeg ${log-lib})
3、MainActivity.java
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
//加载so库名称的代码
// Used to load the 'jnidemo' library on application startup.
static {
System.loadLibrary("jnidemo");
}
//界面显示代码省略
//jni方法，加减乘除，最后一个参数是操作类型的字节数据类型
public native float operationNumberFromJNI(float parameter1, float parameter2, char type);
//jni方法，字符串拼接
public native String addStringFromCPlusJNI(String parameter1, String parameter2);
4、native-lib.cpp
#include <jni.h>
#include <string>
//创建Jni工程最简单的方法，返回一个字符串
extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_example_jnidemo_MainActivity_stringFromJNI(
JNIEnv *env,
jobject /* this */) {
std::string hello = "简易计算器";
return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}
//Jni增删改查的实现，因为float是基本数据类型，所以不需要转换就可以直接操作
extern "C"
JNIEXPORT jfloat JNICALL
Java_com_example_jnidemo_MainActivity_operationNumberFromJNI(JNIEnv *env, jobject thiz, jfloat parameter1,
jfloat parameter2,jchar type) {
switch (type) {
case '+':
return parameter1 + parameter2;
case '-':
return parameter1 - parameter2;
case '*':
return parameter1 * parameter2;
case '/':
return parameter1 / parameter2;
}
return parameter1 + parameter2;
}
//字符串的拼接，方法有N种，String不是基本数据类型，需要进行类型转换后才能进行操作
extern "C" JNIEXPORT _jstring * JNICALL
Java_com_example_jnidemo_MainActivity_addStringFromCPlusJNI(JNIEnv *env, jobject thiz,
jstring parameter1,
jstring parameter2) {
char *c1 = (char *) (env->GetStringUTFChars(parameter1, JNI_FALSE));
char *c2 = (char *) (env->GetStringUTFChars(parameter2, JNI_FALSE));
char *res = strcat(c1, c2); //拼接两个字符串
//释放c1和c2
delete(c1);
delete(c2);
return env->NewStringUTF(res);
}
上面Jni的方法名也是有一定规则的，网上很多使用NDK工具生成的，
没啥必要了使用命令工具那些，手写就行了，现在新的Studio也是会自动生成的。
Java_com_example_jnidemo_MainActivity_addStringFromCPlusJNI 方法名的大致规则：
Java_包名（中间的点.替换成下划线_）_类名_方法名
cpp文件加上CMakeList.txt就会编译出so文件，目录在：
app\build\intermediates\cmake\debug\obj\XXX[libjnidemo.so
xxx表示arm64-v8a,armeabi-v7a,x86,x86_64
5、Jni引用其他cpp文件代码
之前没怎么写过cpp文件，还不知道怎么引用其他文件的类的使用，后面发现也不难。
比如，native-lib.cpp需要调用TestCPlus.cpp的add方法
1、定义TestCPlus.h 文件
class TestCPlus {
//定义变量和方法
private:
int number;
public:
int add(int parameter1,int parameter2); //定义方法
};
2、TestCPlus.cpp
#include "TestCPlus.h" //添加头文件
//实现需要的方法
int TestCPlus::add(int parameter1, int parameter2) {
int result = parameter1 + parameter2;
return result;
}
3、native-lib.cpp文件中调用
#include "TestCPlus.h" //添加头文件声明
extern "C"
JNIEXPORT jint JNICALL
Java_com_example_jnidemo_MainActivity_addIntFromCPlusJNI(JNIEnv *env, jobject thiz, jint parameter1,
jint parameter2) {
TestCPlus *testCPlus;
return testCPlus->add(parameter1, parameter2);
// return parameter1 + parameter2;
}
cpp文件的调用还有很多种方法，这里就不一一说明了。
这样就能在Java文件中调用native-lib.cpp再调用到别的cpp文件了。
同时，要加载的cpp文件也别忘了在CMakeList.txt中进行声明
根据上面的基础知识的学习，就知道如下修改就可以：
add_library(
# Sets the name of the library.
jnidemo
# Sets the library as a shared library.
SHARED
# Provides a relative path to your source file(s).
native-lib.cpp
TestCPlus.cpp
)
这里添加编译 TestCPlus.cpp就可以，因为自身的.h头文件，系统会自动识别导入，如果这里没添加声明直接调用会编译不通过。
一个简单的JniDemo就介绍到这里，Demo源码：
https://download.csdn.net/download/wenzhi20102321/86239831
三、其他
1、Jni基础的几点内容
1、记住编写关键流程
类的静态方法中loadLibrary
类中定义native方法
类的使用中调用jni方法
cpp文件中编写jni实现
2、CMakeList.txt 的基本规则
3、jni.cpp文件中的方法命名
4、Java到jni.cpp文件中类型转换
5、有一定的c/c++语言基础
类型转换是需要记忆一下的，
比如Java的int 在jni的cpp文件中是jint，
Java中的String 在jni的cpp文件是jstring
jni.cpp文件中的数据类型是特殊定义的，定义了不同与Java和c的类型标识。
基本类型是可以直接透传的，比如int类型数据，Java(int)-->Jni(jint)-->cpp(int)
可以直接从Java文件传入到jni.cpp文件，在传入到别的c/cpp文件进行使用
但是非基本类型的数据是要转换后才能使用的，比如字符串String，数组int[]等数据
Java（String）-->Jni(jstring)-->c/c++(指针或char数组)
大致数据类型映射关系如下，看几遍基本能记住，复杂的再进行细查即可。
2、java数据类型与jni类型映射表
| Java 类型 | JNI本地类型 | 描述 |
|---|---|---|
| boolean | jboolean | C/C++8位整型 |
| byte | jbyte | C/C++带符号的8位整型 |
| char | jchar | C/C++无符号的16位整型 |
| short | jshort | C/C++带符号的16位整型 |
| int | jint | C/C++带符号的32位整型 |
| long | jlong | C/C++带符号的64位整型e |
| float | jfloat | C/C++32位浮点型 |
| double | jdouble | C/C++64位浮点型 |
| Object | jobject | 任何Java对象，或者没有对应java类型的对象 |
| Class | jclass | Class对象 |
| String | jstring | 字符串对象 |
| Object[] | jobjectArray | 任何对象的数组 |
| boolean[] | jbooleanArray | 布尔型数组 |
| byte[] | jbyteArray | 比特型数组 |
| char[] | jcharArray | 字符型数组 |
| short[] | jshortArray | 短整型数组 |
| int[] | jintArray | 整型数组 |
| long[] | jlongArray | 长整型数组 |
| float[] | jfloatArray | 浮点型数组 |
| double[] | jdoubleArray | 双浮点型数组 |
这个表格是有有啥用？很多人初学就会很懵逼。Jni使用过程会两三个表格的转换关系和要清楚具体使用场景。
上面这个表格就是让Java的数据类型转换成Jni的数据类型，比如示例代码中的：
//XXX.java 定义的 jni方法
public native float operationNumberFromJNI(float parameter1, float parameter2, char type);
//Jni.cpp文件中的对应方法
extern "C"
JNIEXPORT jfloat JNICALL
Java_com_example_jnidemo_MainActivity_operationNumberFromJNI(JNIEnv *env, jobject thiz, jfloat parameter1,jfloat parameter2,jchar type) {//看后面三个参数
。。。
return XXX;
}
Java代码和Jni代码同一个方法是有不同的显示形式，就需要上面那个表格对照转换，有些不清楚的类型就可以对照表格进行转换。
java数据类型与jni类型 转换总结：
１、java中的返回值void与jni中的void是完全对应的。
２、java中的基本数据类型(byte,short,int,long,float,double,boolean,char)
在jni中对应的数据类型在前面加上j
(jbyte,jshort,jint,jlong,jfloat,jdouble,jboolean,jchar)。
３、java中的对象，包括类库中定义的类、接口，都对应jni中的jobject。
４、java中基本数据类型的数组对应与jni中的jXXXArray类型(type就是上面说的８中基本数据类型)。
５、java中对象的数组对应于jni中jobjectArray类型。
3、Java签名类型 常用的数据类型及对应字符:
| Java 类型 | Jni中表示的符号 | 备注 |
|---|---|---|
| boolean | Z | 不是类型首字母大写 |
| byte | B | |
| char | C | |
| short | S | |
| int | I | |
| long | L | |
| float | F | |
| double | D | |
| void | V | |
| objects对象 | Lfully-qualified-class-name;L全类名; | 记得最后是有分号的 |
| Arrays数组 | [array-type [数组类型 | |
| methods方法 | (argument-types)return-type(参数类型)返回类型 |
这个表格是有有啥用？就更多人懵逼了。
其实这些类型符号表示的是Java方法或者属性的一个签名，唯一性，目前就是为了让Jni.cpp调用到Java代码。
举个例子就很容易清楚了：
//XXX.Java
int age;
String name;
public int add(int number1,int number2){
System.out.println("c/C++居然调用了我");
return number1+number2;
}
//jni.cpp 修改Java属性值和调用Java方法示例
//获取类对象
jclass mainActivityCls=env->FindClass("com/zmw/jnitest/MainActivity");
//获取属性的fieldId，--》这里就用到了签名类型
jfieldID ageFid = env->GetFieldID(mainActivityCls,"age","I");
jfieldID nameFid=env->GetFieldID(mainActivityCls, "name", "Ljava/lang/String;");
//获取属性值
jint age = env->GetIntField(mainActivityThis,ageFid);
jstring name = (jstring)env->GetObjectField(thiz,nameFid);//此处有编码转换问题未解决
//修改属性值，C++中修改变量值后，Java重新获取打印发现是修改过的
env->SetIntField(mainActivityThis, ageFid , 11);
env->SetObjectField(thiz, nameFid,Stringvalue);
//获取方法的methodId，--》这里就用到了签名类型
jmethodID addMid=env->GetMethodID(mainActivityCls, "add", "(II)I");
int result=env->CallIntMethod(mainActivityThis, addMid, 1, 1); //这里就能获取到2的值。
仔细看一下上面的代码，就大致能理解这个签名表格的具体作用：为了找到Java方法的参数和返回值的形式。
Java签名类型小结：
（1）基础类型签名那些转换都是很容易记住的，基础类型中，特别留意一下boolean类型 是 Z 就行
（2）对象Object类型的转换是：L+全包名（包名直接用 /间隔）+类名+分号
（3）数组类型签名转换：[数组类型，比如[I,表示Java的 int[]
（4）方法签名的转换：(参数类型)返回类型,中间多个参数类型依此填写就行，
比如：Jni中的代码：env->GetMethodID("add", "(IILjava/lang/String;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;")
如果不清楚上面的表格转换，看起来就头大,特别是那些有三四个以上参数的情况，但是学习过后就不难了，
查看表格对应关系可以知道，Java中的对应方法是：public String add(int a,int b,String c,String d)
其实就是先看括号后面的返回值，然后再一个个确定括号内的形参变量
还有一些比较复杂的，比如如何使用cpp调用到Java的类具体过程那些，
本文就不详细介绍先，可以看下面这篇文章：
https://blog.csdn.net/pfgmylove/article/details/7052839
上面已经介绍了两个表格，其实还有个Jni里面的api接口需要记忆一下：
4、JNI类型api调用表格
方法、变量修饰类型表格
| 函数描述 | 描述 | |
|---|---|---|
| GetFieldID | 得到一个实例的域的ID | |
| GetStaticFieldID | 得到一个静态的域的ID | |
| GetMethodID | 得到一个实例的方法的ID | |
| GetStaticMethodID | 得到一个静态方法的ID |
上面Jni.cpp调用Java代码已经用到部分api方法，并且从字面含义也是比较容易里面这个表格的api的具体作用。
这个表格的用于就是为了获取到方法的修饰类型，比如方法，静态方法，变量，静态变量。
毕竟不同的修饰类型，在编译过程是有差异的。所以要区分。
还有一个Jni api的表格虽然不是很常用，但是有些数组对象场景要是要用到的，表格内容如下：
数组对应变量类型api表格
| 函数描述 | nativie数据对象 | nativie类型 | Java数据类型 |
|---|---|---|---|
| GetBooleanArrayElements | jbooleanArray | jboolean | boolean[] |
| GetByteArrayElements | jbyteArray | jbyte | byte[] |
| GetCharArrayElements | jcharArray | jchar | char[] |
| GetShortArrayElements | jshortArray | jshort | short[] |
| GetIntArrayElements | jintArray | jint | int[] |
| GetLongArrayElements | jlongArray | jlong | long[] |
| GetFloatArrayElements | jfloatArray | jfloat | float[] |
| GetDoubleArrayElements | jdoubleArray | jdouble | double[] |
以下面一段代码理解一下上面api的用法，
Java代码：
public byte[] getBytes(String s){...}
Jni.cpp 关键代码：
jclass jstrObj = env->FindClass("com/zmw/jnitest/MainActivity");
jstring encode = env->NewStringUTF("utf-8");//设置编码格式
jmethodID methodId = env->GetMethodID(jstrObj, "getBytes", "(Ljava/lang/String;)[B");
//调用了java的getBytes 方法，获取jbyteArray对象
jbyteArray byteArray = (jbyteArray)env->CallObjectMethod(jstr, methodId, encode);
//获取数据长度
jsize strLen = env->GetArrayLength(byteArray);
//获取数据内容，jBuf指针对象，---》GetByteArrayElements api
jbyte *jBuf = env->GetByteArrayElements(byteArray, JNI_FALSE);
。。。中间处理过程
//最后要释放指针
env->ReleaseByteArrayElements(byteArray, jBuf, 0);
理解上面这段代码应该对第二个表格的含义有理解了。
Jni中还有很多相关的api方法在后续的分析中慢慢讲解。
上面四个表格，第一个主要是Java --> Jni的转换关系，后面三个表格都是Jni --> Java 的转换关系。
多看几次就理解了。