[Android Webkit]JNI基础及Java层与C++层的交互

1. JNI 注册

1.1. JNI的基础结构

JAVA == JNI == Native Code

JNI(Java Native Interface)是Java与Native Code(C/C++/...)代码交互的中介，Java+JNI构成主程序， JNI+Native Code以动态库的形式供程序调用。

JNI的实现可涉及两个关键类:JNIEnv和JavaVM。两者都可以理解为函数表(Function Pointer Table), 前者是使用Java程序创建的运行环境(从属于一个JVM,即前者)提供JNI Native函数。(学习资料: Android JNI若干问题总结):

JNIEnv称为JNI Interface Pointer, 是提供JNI Native函数的基础环境，线程相关，不同线程的JNIEnv相互独立。JavaVM则可以在进程中的各线程间共享。理论上一个进程可以有多个JavaVM,但Android只允许一个( JavaVM and JNIEnv)。

使用JavaVM可以获取JNIEnv, 下面两个函数(这是C函数，C++的调用稍有差异, 参考 Invocation APIs):

jint JNI_CreateJavaVM(JavaVM **p_vm, JNIEnv **p_env, void **args);

调用这个函数就可以创建一个JavaVM，并获得一个可用的JNIEnv。用于由Native Code操作一个Java空间。

jint GetEnv(JavaVM *vm, void **env, jint version);

从一个已存在的JavaVM(vm)中获取一个可用的JNIEnv。version用于指定请求的JNI的版本。

1.2 如何实现

一个基本流程如下:

i. Java程序加载一个Native Library(动态库)

ii. 如果库实现了JNI_OnLoad，就调用它进行初始化。

iii. 调用时，如果程序已经注册了Native Functions或者有一个依据调用的Java类命名的native函数，则调用这个函数。

iV. 结束时，如果库实现了JNI_OnUnload,就调用它进行一些清理操作。

对于使用JNIEnv初始化可以分为两种形式, 一种是简单的把JNI的代码与Java使用特定的声明形式，另一种则是使用Native Library注册的形式。

第一种是最基本的形式，不需要提供额外的函数，只是要求作为JNI接口的函数定义必须以调它的Java类的名称开始，并声明为JNIEXPORT, 比如:

.Java类:com.example.test.MainActivity要使用一个Native函数 int GetSum(int a,int b).

.对应Native函数的定义就是JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_example_test_MainActivity_GetSum(JNIEnv * env, jclass obj, jint a, jint b);

其中JNIEnv是一个接口指针，供Native Code访问Java空间。 jclass obj则是代表了调用者的this指针。

它的使用方法是在特定的Java类中调用Sytem.loadLibrary加载库就可以使用了。

参考文档: JNI Spec from Oracle

第二种则比较灵活。目的是在Native Code library时动态地注册JNI函数，这样更易于变化。

基本步骤是:

1. Java程序使用System.loadLibrary或System.load加载某个native library.

2. Native Library实现一个约定的JNI_OnLoad函数，并在其中注册Native Functions。

3. 在Library中实现一个JNI_OnUnload函数做一些收尾操作。

参考文档: Native Libraries

其中JNI_OnLoad的定义为: JNIEXPORT jint JNI_OnLoad(JavaVM * vm, void* reserved);

第一个参数是JavaVM对象，所以还需要先获取到JNIEnv对象。基本的执行流程如下:

1. 调用JavaVM的GetEnv方法，获取可用的JNIEnv对象

2. 调用JNIEnv的RegisterNatives方法或者C接口jniRegisterNativeMethods来注册Native functions.

3. 返回Native Functions所支持的JNI版本。详细的版本说明见 JNI Spec.

时序图如下(来源: Dalvik虚拟机JNI方法的注册过程分析):

1.3 WebCore的实现

WebCore使用了Native Library实现方法，实现了一个JNI_OnLoad来实现注册操作。还有一个重要特征是我们在Android下是基于Dalvik虚拟机，与JVM会有所不同。简述其过程如下
(/external/webkit/Source/WebKit/android/jni/WebCoreJniOnLoad.cpp):

1. 注册函数列表gWebCoreRegMethods,里包含了多个对象的不同注册方法，比如:

static RegistrationMethod gWebCoreRegMethods[] = {

{ "JavaBridge", android::registerJavaBridge },

{ "JniUtil", android::registerJniUtil },
{ "WebFrame", android::registerWebFrame },
{ "WebCoreResourceLoader", android::registerResourceLoader },
{ "WebViewCore", android::registerWebViewCore },

......

};

2. 在JNI_OnLoad里执行gWebCoreRegMethods中的每个注册函数。

3. 在每个注册函数中，又有一个导出的native functions列表，比如

(/external/webkit/Source/WebKit/android/jni/WebCoreFrameBridge.cpp):

static JNINativeMethod gBrowserFrameNativeMethods[] = {

/* name, signature, funcPtr */

{ "nativeCallPolicyFunction", "(II)V", (void*)CallPolicyFunction},

{ "nativeLoadUrl", "(Ljava/lang/String;Ljava/util/Map;)V", (void*)LoadUrl},

......

};

*注意导出的函数名有native前缀。

4. 调用jniRegisterNativeMethods进行注册。

函数声明如下:

int jniRegisterNativeMethods(JNIEnv* env, const char* className, const JNINativeMethod* gMethods, int numMethods);

参数1是要使用的JNIEnv.

参数2是要会使用到这系列函数的Java Class, 在这个Class中会有对应每个native function的声明，就是带有native前缀的名字。

参数3和4来指定Native函数表和数量。

看一个简化的实例:

int registerWebFrame(JNIEnv* env)

{

jclass clazz = env->FindClass("android/webkit/BrowserFrame");

LOG_ASSERT(clazz, "Cannot find BrowserFrame");
gFrameField = env->GetFieldID(clazz, "mNativeFrame", "I");
env->DeleteLocalRef(clazz);

return jniRegisterNativeMethods(env, "android/webkit/BrowserFrame",
gBrowserFrameNativeMethods, NELEM(gBrowserFrameNativeMethods));

}

这个表会传到jniRegisterNativeMethods中执行注册,这个函数实现在 dalvik/libnativehelper/JNIHelp.c中 。(学习资料: Dalvik虚拟机JNI方法的注册过程分析)

这部分的主要参考资料:

i. Dalvik虚拟机JNI方法的注册过程分析

ii. JNI Spec from Oracle

iii. JNI Tips for Android

2. Java/C++层通讯

两者通讯的模式，以EventHub为中心，以消息传递方式进行交互。

下图是加载页面的时序图:



实例化WebView流程如下：

创建CallbackProxy对象

创建WebViewCore对象
调用System.loadLibrary载入webcore相关类库（C层）

如果是第一次初始化WebViewCore对象，创建WebCoreTherad线程

创建EventHub对象，处理WebViewCore事件

获取WebIconDatabase对象实例

向WebCoreThread发送初始化消息

创建BrowserFrame对象

向WebView发送WEBCORE_INTIALIZED_MSG_ID消息，通知初始化完成

获取WebViewDatabase实例

调用init初始化WebView

收到WEBCORE_INITIALIZED_MSG_ID消息后，调用nativeCreate

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参考: WebKit for Android分析