Android JNI里c++调用java时遇到的FindClass返回0的问题

我在工作中要解决一个问题就是，从jni底层往java层，抛一个提醒消息，这是不定时的。

发现JNIEnv*，jobject，jclass都是不能保存为全局变量供以后调用的，这跟java虚拟机的机制有关。要在JNI_OnLoad时保存JavaVM*为全局变量。

我原本以为这样的话就可以动态得到jclass和JNIEnv*，以后我再呼叫CallStaticVoidMethod(cls, methodId)这样就可以避开jobject的获取了，jclass用FindClass获得，不用GetObjectClass获得。

结果FindClass返回的总是0，实在令我太无奈了，搞了1天多都没有搞定，后来发现里面有蹊跷。原来jni里面有一个大坑，具体原因见我从百度文库里找到的下面这篇文章，帮助了我解决这一难题。

原文如下：

JNI使用示例
2010-03-15 11:18
       JNI提供了一种扩展Android功能和移植已有软件的方式。本文将通过一个实例来讲述如何建立JNI库以及JNI库如何与android的JVM交互。

Java接口

       定义java类JNIExampleInterface， 该类提供了调用Native库中本地函数的接口。本地函数和对应的Java函数具有相互匹配的签名式（即，参数的类型和个数，以及返回值的类型）。获取本地库中对应的函数签名式的最简单的方法就是，首先写出对应的Java原型，然后使用javah工具生成对应的本地JNI头文件。可以copy/paste到C++文件中来实现对应的函数。

     本地函数支撑的对应的Java函数按照正常方式去声明，但需要加上native。我们还想演示如何在native代码中调用Java代码，因此我们的接口类定义如下：

package org.wooyd.android.JNIExample;

import android.os.Handler;
import android.os.Bundle;
import android.os.Message;
import org.wooyd.android.JNIExample.Data;

public class JNIExampleInterface {
    private Handler h;
    <Example constructors>
    <Example native functions>
    <Example callback>
}

为什么要定义Handler呢？

当本地库需要通过callback传递信息给Java进程，如果这个callback是由本地线程调用的，并且想修改应用的用户界面，就会产生exception。这是因为Android仅仅允许主线程更改用户界面。为了避免这个问题，我们使用Handler提供的消息传递接口将callback接收到的数据传递给主线程，让主线程去更改界面。

<Example constructors>
    public JNIExampleInterface(Handler h) {
        this.h = h;
    }

为了阐述不同的参数传递技术，我们定义了三个native函数：

callVoid(): 没有参数并且没有返回值 ;
getNewData(): 有两个参数，用来构造一个新的类的实例;
getDataString(): 用对象作为参数，从对象中抽取值。
<Example native functions>
public native void callVoid();
    public native Data getNewData(int i, String s);
    public native String getDataString(Data d);
callback接收一个string参数，并将其封装成Bundle后分发给Handler：
<Example callback>
    public static void callBack(String s) {
        Bundle b = new Bundle();
        b.putString("callback_string", s);
        Message m = Message.obtain();
        m.setData(b);
        m.setTarget(h);
        m.sendToTarget();
    }
另外我们定义一个Data dummy类
Data.java
package org.wooyd.android.JNIExample;

public class Data {
    public int i;
    public String s;
    public Data() {}
    public Data(int i, String s) {
        this.i = i;
        this.s = s;
    }
}

编译Data.java和JNIExampleInterface.java

$ javac org/wooyd/android/JNIExample/*.java

生成JNI头文件，包含与Java对应的本地函数的原型

$ javah -classpath . org.wooyd.android.JNIExample.JNIExampleInterface

本地库的实现
<JNIExample.cpp>
<JNI includes>
<Miscellaneous includes>
<Global variables>
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
<callVoid implementation>
<getNewData implementation>
<getDataString implementation>
<initClassHelper implementation>
<JNIOnLoad implementation>
#ifdef __cplusplus
}
#endif
头文件和全局变量
下面的include包含了Android的JNI定义的函数：
 

<JNI includes>
#include <jni.h>
#include <JNIHelp.h>
#include <android_runtime/AndroidRuntime.h>
一些其他要用到的头文件:

 

<Miscellaneous includes>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

<Global variables>
static JavaVM *gJavaVM;
static jobject gInterfaceObject, gDataObject;
const char *kInterfacePath = "org/wooyd/android/JNIExample/JNIExampleInterface";
const char *kDataPath = "org/wooyd/android/JNIExample/Data";

 

从本地线程和java线程调用java函数

callVoid函数是最简单的一个，因为他没有任何参数并且没有返回值。我们用它来说明通过调用Java的callBack函数，如何将数据传回给Java。

至此，我们有必要区分下面两种情况：

Java函数可能在Java线程或本地线程中被调用，JVM是无法得知的。对于前者，调用可以直接执行，而对于后者，我们必须首先将本地线程关联到JVM中。因此需要一个附加层，本地回调句柄（Native CallBack Handler），来正确处理这两种情况。我们还需要一个建立本地线程的函数，因此实现如下：

<callVoid implementation>=
<Callback handler>
<Thread start function>
<callVoid function>
Native callback handler获取JNI环境（如果需要，则关联本地线程），使用缓存的全局对象gInterfaceObject获取JNIExampleInterface类，获取callBack()函数的引用，并调用：

<Callback handler>
static void callback_handler(char *s) {
    int status;
    JNIEnv *env;
    bool isAttached = false;
   
    status = gJavaVM->GetEnv((void **) &env, JNI_VERSION_1_4);
    if(status < 0) {
        LOGE("callback_handler: failed to get JNI environment, "
             "assuming native thread");
        status = gJavaVM->AttachCurrentThread(&env, NULL);
        if(status < 0) {
            LOGE("callback_handler: failed to attach "
                 "current thread");
            return;
        }
        isAttached = true;
    }
    /* Construct a Java string */
    jstring js = env->NewStringUTF(s);
    jclass interfaceClass = env->GetObjectClass(gInterfaceObject);
    if(!interfaceClass) {
        LOGE("callback_handler: failed to get class reference");
        if(isAttached) gJavaVM->DetachCurrentThread();
        return;
    }
    /* Find the callBack method ID */
    jmethodID method = env->GetStaticMethodID(
        interfaceClass, "callBack", "(Ljava/lang/String;)V");
    if(!method) {
        LOGE("callback_handler: failed to get method ID");
        if(isAttached) gJavaVM->DetachCurrentThread();
        return;
    }
    env->CallStaticVoidMethod(interfaceClass, method, js);
    if(isAttached) gJavaVM->DetachCurrentThread();
}
说明：

1、JNI GetEnv()函数返回的JNI环境对每个线程来说是独特的，因此我们必须在每次进入函数时都要重新获取。然而JavaVM指针是属于每个进程的，因此我们可以将其缓存起来（在JNI_OnLoad()函数中），在多个线程间使用。

2、当我们关联本地线程时，其相关的Java环境是与类引导程序一起的，这就意味着即使我们要在函数中获取一个类的引用（通常使用JNI函数FindClass())，都将会引发一个exception。因此我们使用缓存的JNIExampleInterface对象去获取类的引用（有趣的是，我们不能缓存类引用本身，JVM认为这种引用在本地代码中是不可见的，因此任何试图使用它都会触发JVM产生exception）。

3、为了获取callBack()的函数ID，我们需要指定其名称和JNI签名式。这里的签名式指出该函数需要一个java.lang.String对象作为参数，返回值为空。关于函数签名式的更多信息请参阅JNI文档，你可以使用javap工具去查询非本地函数的签名式（本地函数的签名式信息已经包含在javah产生的头文件中了）。

 

为了测试从本地线程中调用函数，我们需要一个在另一个独立线程中运行的函数。它唯一的任务就是调用callback handler：

 

<Thread start function>=
void *native_thread_start(void *arg) {
    sleep(1);
    callback_handler((char *) "Called from native thread");
}
现在我们已经有了实现callVoid()函数的所有本地部分的代码：

 

<callVoid function>
/*
 * Class:     org_wooyd_android_JNIExample_JNIExampleInterface
 * Method:    callVoid
 * Signature: ()V
 */
JNIEXPORT void JNICALL Java_org_wooyd_android_JNIExample_JNIExampleInterface callVoid
  (JNIEnv *env, jclass cls) {
    pthread_t native_thread;

    callback_handler((char *) "Called from Java thread");
    if(pthread_create(&native_thread, NULL, native_thread_start, NULL)) {
        LOGE("callVoid: failed to create a native thread");
    }
}
 

 

 

实现其他本地函数

getNewData()函数描述了如何在本地库中建立一个新的Java对象，并返回给调用者。为了获取类并创建其实例，我们再次使用缓存的Data对象。

<getNewData implementation>=
/*
 * Class:     org_wooyd_android_JNIExample_JNIExampleInterface
 * Method:    getNewData
 * Signature: (ILjava/lang/String;)Lorg/wooyd/android/JNIExample/Data;
 */
JNIEXPORT jobject JNICALL Java_org_wooyd_android_JNIExample_JNIExampleInterface_getNewData
  (JNIEnv *env, jclass cls, jint i, jstring s) {
    jclass dataClass = env->GetObjectClass(gDataObject);
    if(!dataClass) {
        LOGE("getNewData: failed to get class reference");
        return NULL;
    }
    jmethodID dataConstructor = env->GetMethodID(
        dataClass, "<init>", "(ILjava/lang/String;)V");
    if(!dataConstructor) {
        LOGE("getNewData: failed to get method ID");
        return NULL;
    }
    jobject dataObject = env->NewObject(dataClass, dataConstructor, i, s);
    if(!dataObject) {
        LOGE("getNewData: failed to create an object");
        return NULL;
    }
    return dataObject;
}

getDataString()函数描述了如何在本地函数中获取对象属性值。

<getDataString implementation>=
/*
 * Class:     org_wooyd_android_JNIExample_JNIExampleInterface
 * Method:    getDataString
 * Signature: (Lorg/wooyd/android/JNIExample/Data;)Ljava/lang/String;
 */
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_org_wooyd_android_JNIExample_JNIExampleInterface_getDataString
  (JNIEnv *env, jclass cls, jobject dataObject) {
    jclass dataClass = env->GetObjectClass(gDataObject);
    if(!dataClass) {
        LOGE("getDataString: failed to get class reference");
        return NULL;
    }
    jfieldID dataStringField = env->GetFieldID(
        dataClass, "s", "Ljava/lang/String;");
    if(!dataStringField) {
        LOGE("getDataString: failed to get field ID");
        return NULL;
    }
    jstring dataStringValue = (jstring) env->GetObjectField(
        dataObject, dataStringField);
    return dataStringValue;
}

 

JNI_OnLoad()函数的实现

为了让JNI可以和Android JVM一起工作，必须提供JNI_OnLoad()函数。在本地库被装入到JVM时会调用该函数。之前我们已经提及许多任务要在该函数中完成，如：缓存全局JavaVM指针和对象实例。另外，我们需要在Java中调用的任何本地函数都必须注册，否则Android JVM将无法解析它们。具体函数实现如下：

<JNIOnLoad implementation>=
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
JNIEnv *env;
gJavaVM = vm;
LOGI("JNI_OnLoad called");
if (vm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
LOGE("Failed to get the environment using GetEnv()");
return -1;
}
<Class instance caching>
<Native function registration>
return JNI_VERSION_1_4;
}

由于本地线程无法存取functional classloader，所以我们需要将类引用缓存起来。正如之前所述，我们不能缓存类引用本身，我们缓存这些类的实例，之后我们可以通过GetObjectClass()JNI函数来获取类引用。

我们要记住的一点就是我们必须使用NewGlobalRef()函数将这些对象保护起来，以免被GC回收，这样就可以在JVM的整个生命周期内的任何线程中使用。建立实例并将其保存到全局变量是函数initClassHelper()的工作：

<initClassHelper implementation>=
void initClassHelper(JNIEnv *env, const char *path, jobject *objptr) {
    jclass cls = env->FindClass(path);
    if(!cls) {
        LOGE("initClassHelper: failed to get %s class reference", path);
        return;
    }
    jmethodID constr = env->GetMethodID(cls, "<init>", "()V");
    if(!constr) {
        LOGE("initClassHelper: failed to get %s constructor", path);
        return;
    }
    jobject obj = env->NewObject(cls, constr);
    if(!obj) {
        LOGE("initClassHelper: failed to create a %s object", path);
        return;
    }
    (*objptr) = env->NewGlobalRef(obj);
}
定义了这个函数，缓存类实例就是小菜一碟了

<Class instance caching>
    initClassHelper(env, kInterfacePath, &gInterfaceObject);
    initClassHelper(env, kDataPath, &gDataObject);

为了注册本地函数，我们建立一个JNINativeMethod结构的数组，该结构包含函数名称、签名式（可以从javah产生的注释中拷贝）、实现函数的指针。然后将这个数组传递给Android的registerNativeMethods()函数:

 

<Native function registration>
    JNINativeMethod methods[] = {
        {
            "callVoid",
            "()V",
            (void *) Java_org_wooyd_android_JNIExample_JNIExampleInterface_callVoid
        },
        {
            "getNewData",
            "(ILjava/lang/String;)Lorg/wooyd/android/JNIExample/Data;",
            (void *) Java_org_wooyd_android_JNIExample_JNIExampleInterface_getNewData
        },
        {
            "getDataString",
            "(Lorg/wooyd/android/JNIExample/Data;)Ljava/lang/String;",
            (void *) Java_org_wooyd_android_JNIExample_JNIExampleInterface_getDataString
        }
    };
    if(android::AndroidRuntime::registerNativeMethods(
        env, kInterfacePath, methods, NELEM(methods)) != JNI_OK) {
        LOGE("Failed to register native methods");
        return -1;
    }

编译本地库
这里仅介绍使用Android.mk编译本地库的方法，你必须先现在Android的整个源码。
为你的本地库建立一个目录，如：/path/to/android/source/code/vendor/your/sample。将Native的源码文件放到该目录下，并建立Android.mk文件，内容如下：
# This makefile supplies the rules for building a library of JNI code for
# use by our example platform shared library.
LOCAL_PATH:= $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_MODULE_TAGS := optional
# This is the target being built.
LOCAL_MODULE:= libjniexample
# All of the source files that we will compile.
LOCAL_SRC_FILES:= \
             JNIExample.cpp
# All of the shared libraries we link against.
LOCAL_SHARED_LIBRARIES := \
             libandroid_runtime \
             libnativehelper \
             libcutils \
             libutils
# No static libraries.
LOCAL_STATIC_LIBRARIES :=
# Include C headers
#LOCAL_C_INCLUDES+= \
#            $(call include-path-for, dbus)
#LOCAL_C_INCLUDES +=\
#            external/freetype/include \
# Also need the JNI headers.
LOCAL_C_INCLUDES += \
             $(JNI_H_INCLUDE)
# No specia compiler flags.
LOCAL_CFLAGS +=
# Don't prelink this library.  For more efficient code, you may want
# to add this library to the prelink map and set this to true.
LOCAL_PRELINK_MODULE := false
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)
在Java代码中使用本地函数
我们将建立一个简单的activity，来使用JNI函数。我们唯一要做的就是在activity的onCreate()函数中load本地JNI库，使得其中定义的函数在Java中可用。整体结构如下：
 

<JNIExample.java>=
package org.wooyd.android.JNIExample;
import android.app.Activity;
import android.view.View;
import android.widget.Button;
import android.widget.TextView;
import android.os.Bundle;
import android.os.Handler;
import android.os.Message;
import org.wooyd.android.JNIExample.JNIExampleInterface;
import org.wooyd.android.JNIExample.Data;
import android.util.Log;

public class JNIExample extends Activity
{
    TextView callVoidText, getNewDataText, getDataStringText;
    Button callVoidButton, getNewDataButton, getDataStringButton;
    Handler callbackHandler;
    JNIExampleInterface jniInterface;

    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) 
    {
         super.onCreate(savedInstanceState);
         setContentView(R.layout.main);
         <Load JNI library>
         <callVoid demo>
         <getNewData demo>
         <getDataString demo>
    }
}
首先使用System.loadLibrar安装库。
try {
         System.loadLibrary("libjniexample.so";
    } catch (Exception ex) {
         Log.e("JNIExample", "failed to install native library: " + ex);
    }

接下来就是调用本地库函数并显示结果。为了演示callVoid()，我们必须先初始化一个handler，并将其传给JNI接口类，以使得我们能接受到callback消息：

 

<callVoid demo>

callVoidText = (TextView) findViewById(R.id.callVoid_text);
    callbackHandler = new Handler() {
        public void handleMessage(Message msg) {
            Bundle b = msg.getData();
            callVoidText.setText(b.getString("callback_string"));
        }
    };
    jniInterface = new JNIExampleInterface(callbackHandler);

建立一个按钮，按下的时候调用callVoid:

 

<callVoid demo>
    callVoidButton = (Button) findViewById(R.id.callVoid_button);
    callVoidButton.setOnClickListener(new Button.OnClickListener() {
        public void onClick(View v) {
            jniInterface.callVoid();
            
        } 
    });

 

<getNewData demo>
    getNewDataText = (TextView) findViewById(R.id.getNewData_text);  
    getNewDataButton = (Button) findViewById(R.id.getNewData_button);
    getNewDataButton.setOnClickListener(new Button.OnClickListener() {
        public void onClick(View v) {
            Data d = jniInterface.getNewData(42, "foo");
            getNewDataText.setText(
                "getNewData(42, \"foo\") == Data(" + d.i + ", \"" + d.s + "\")");
        }
    });

<getDataString demo>

getDataStringText = (TextView) findViewById(R.id.getDataString_text);
getDataStringButton = (Button) findViewById(R.id.getDataString_button);
getDataStringButton.setOnClickListener(new Button.OnClickListener() {
public void onClick(View v) {
Data d = new Data(43, "bar");
String s = jniInterface.getDataString(d);
getDataStringText.setText(
"getDataString(Data(43, \"bar\")) == \"" + s + "\"");
}
});

references：
JNIExample
JNI references：
Sun's Java Native Interface guide
Java Native Interface: Programmer's Guide and Specification

最后我还在JNI_OnUnload里把那个全局变量的jobject给用DeleteGlobalRef掉。