AndroidJNI实践(2)--无需头文件的常规办法-JNI动态注册
2016-03-31 17:11
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AndroidJNI实践(2)--无需头文件的常规办法-JNI动态注册
一、环境和工具：
Ubuntu14.04
java version "1.7.0_95"
IDE(Android-studio/Eclipse)
android-ndk-r10b
二、
1. 简介
2. JNI 组件的入口函数
3. 使用 registerNativeMethods 方法
4. 测试-添加新的JNI调用方法
5. JNI 帮助方法
6. 参考资料
1. 简介
Android与JNI(一）已经简单介绍了如何在 android 环境下使用 JNI 了。但是遵循 JNI 开发的基本步骤似乎有点死板，而且得到的本地函数名太丑了。
那一种方式称作JNI静态注册,还有第二种方式称作JNI动态注册，所以非常有必要在这里介绍另外一种实现方法。
2. JNI 组件的入口函数
前一篇文章说到 static {System.loadLibrary("HelloJNI");} 会在第一次使用该类的时候加载动态库 libHelloJNI.so 。当 Android 的 VM 执行到 System.loadLibrary() 这个函数时，首先会执行 JNI_OnLoad() 这个函数。与此对应的是卸载时调用 JNI_OnUnLoad() 。
首先调用 c 组件中的 JNI_OnLoad() 的意图包括：
(1) 告诉 VM 此 c 组件使用那一个 JNI 版本。如果动态库中没有提供 JNI_OnLoad()，VM 默认该动态库使用最老的 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) 另外一个作用就是初始化，例如预先申请资源等。
现在我们先现实一个非常简单的 JNI_OnLoad()，看是不是在真的有调用到它。在 HelloJNI.c 中加入代码：
1 jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void *reserved)
2 {
3 LOGD("%s called.\n", __FUNCTION__);
4
5 return JNI_VERSION_1_4; // 注意这里要返回 JNI 的版本，否则会出错喔。
6 }
编译：——注意这里android.mk/HelloJNI.c/Application.mk一定是jni目录下的，不然会报路径错误：
～/Code/HelloJNI_NDK_onload/jni $ ndk-build
但如果android.mk文件没写好，一般会有以下几种错误：
《1》文件夹名字
Android NDK: Could not find application project directory !
Android NDK: Please define the NDK_PROJECT_PATH variable to point to it.
～/Public/tools/android-ndk-r10b/build/core/build-local.mk:148: *** Android NDK: Aborting . Stop.
——文件夹名字修改成jni
《2》c文件中头文件找不到
～/Code/HelloJNI_NDK_onload/jni $ ndk-build
Compile thumb : HelloJNI <= HelloJNI.c
SharedLibrary : libHelloJNI.so
～/Code/HelloJNI_NDK_onload/obj/local/armeabi/objs/HelloJNI/HelloJNI.o: In function `JNI_OnLoad':
～/Code/HelloJNI_NDK_onload/jni/HelloJNI.c:35: undefined reference to `LOGD'
collect2: ld returned 1 exit status
make: *** [～/Code/HelloJNI_NDK_onload/obj/local/armeabi/libHelloJNI.so] Error 1
——加入头文件 #include <utils/Log.h> 之后再编译：
《3》头文件未正确包含
$ndk-build
Compile thumb : HelloJNI <= HelloJNI.c
～/Code/HelloJNI_NDK_onload/jni/HelloJNI.c:20:23: error: utils/Log.h: No such file or directory
make: *** [～/Code/HelloJNI_NDK_onload/obj/local/armeabi/objs/HelloJNI/HelloJNI.o] Error 1
——提示找不到指定的头文件。由于我们没有把这个 jni 放到整个 android 的源码中编译，所以遇到这个错误是正常的，解决的方法是在 Android.mk 中加入源码中头文件的路径。
#预编译时，LOGD的include文件路径
LOCAL_CFLAGS += -I～/Code/android_project/frameworks/base/include
LOCAL_CFLAGS += -I～/Code/android_project/system/core/include
LOCAL_CFLAGS += -I～/Code/android_project/frameworks/native/opengl/include
再编译：
《4》文件未链接so库
$ndk-build
Compile thumb : HelloJNI <= HelloJNI.c
SharedLibrary : libHelloJNI.so
～/Code/HelloJNI_NDK_onload/obj/local/armeabi/objs/HelloJNI/HelloJNI.o: In function `JNI_OnLoad':
～/Code/HelloJNI_NDK_onload/jni/HelloJNI.c:36: undefined reference to `__android_log_print'
collect2: ld returned 1 exit status
make: *** [～/Code/HelloJNI_NDK_onload/obj/local/armeabi/libHelloJNI.so] Error 1
——这个很简单，只要链接 liblog.so 这个库就可以了。在 Android.mk 中添加：
LOCAL_LDLIBS = -lc -lm -llog
再编译：
$ndk-build
Compile thumb : HelloJNI <= HelloJNI.c
SharedLibrary : libHelloJNI.so
Install : libHelloJNI.so => libs/armeabi/libHelloJNI.so
OK，大功告成。如无意外，运行后你会在 logcat 中找到这样的打印：
/dalvikvm( 1956): Trying to load lib /data/data/com.android.hellojni/lib/libHelloJNI.so 0x41345548
D/dalvikvm( 1956): Added shared lib /data/data/com.android.hellojni/lib/libHelloJNI.so 0x41345548
D/ ( 1956): JNI_OnLoad called.
或
E/art: ----- class 'Lcom/android/hellojni/HelloJNIActivity;' cl=0x12c58880 -----
这说明了在加载 JNI 的动态库时，确实调用了 JNI_OnLoad() 。调用了这个库又有什么用呢？下面为你揭晓。
3. 使用 registerNativeMethods 方法
说了这么多，终于来重点了。先把修改后的 HelloJNI.c 列出来，然后再慢慢分析。
代码1
先说一说这段代码实现了什么，他与 [1] 的结果完全一样，实现了 JAVA 中声明的 getStringFromJNI 本地方法，返回一个字符串。至于为什么不再需要以Java_com_android_hellojni_HelloJNIActivity_getStringFromJNI 命名，就要慢慢分析了。
还是从 JNI_OnLoad() 这个函数开始说起。该函数的动作包括：获取 JNI 环境对象，登记本地方法，最后返回 JNI 版本。值得引起注意的是代码注释中，在 c/c++ 环境下编译区别，否则会编译出错。
登记本地方法，作用是将 c/c++ 的函数映射到 JAVA 中，而在这里面起到关键作用的是结构体 JNINativeMethod 。他定义在 jni.h 中。
typedef struct {
const char* name; /* java 中声明的本地方法名称 */
const char* signature; /* 描述了函数的参数和返回值 */
void* fnPtr; /* c/c++ 的函数指针 */
} JNINativeMethod;
声明实例
static JNINativeMethod gMethods[] = {
{ "getStringFromJNI", "()Ljava/lang/String;", (void *)getStringFromJNI },
};
参数分析：
"stringFromJNI"：Java 中声明的本地方法名；
(void *)stringFromJNI：映射对象，本地 c/c 函数，名字可以与 Java 中声明的本地方法名不一致。
"()Ljava/lang/String;"：这个应该是最难理解的，也就是结构体中的 signature 。他描述了本地方法的参数和返回值。例如
"()V"
"(II)V"
"(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)V"
实际上这些字符是与函数的参数类型一一对应的。
"()" 中的字符表示参数，后面的则代表返回值。例如"()V" 就表示void Func();
"(II)V" 表示 void Func(int, int);
数组则以"["开始，用两个字符表示；如果参数是 Java 类，则以"L"开头，以";"结尾，中间是用"/"隔开包及类名，而其对应的 C 函数的参数则为 jobject，一个例外是 String 类，它对应的 c 类型为 jstring ； 如果 JAVA 函数位于一个嵌入类（也被称为内部类），则用$作为类名间的分隔符，例如："Landroid/os /FileUtils$FileStatus;"。
PS：具体的每一个字符JAVA与C的对应关系以及数组等说明见《深入理解Android系统卷一》中第二章，其中有详细描述。
最终是登记所有记录在 JNINativeMethod 结构体中的 JNI 本地方法。
使用 registerNativeMethods 方法不仅仅是为了改变那丑陋的长方法名，最重要的是可以提高效率，因为当 Java 类透过 VM 呼叫到本地函数时，通常是依靠 VM 去动态寻找动态库中的本地函数(因此它们才需要特定规则的命名格式)，如果某方法需要连续呼叫很多次，则每次都要寻找一遍，所以使用 RegisterNatives 将本地函数向 VM 进行登记，可以让其更有效率的找到函数。
registerNativeMethods 方法的另一个重要用途是，运行时动态调整本地函数与 Java 函数值之间的映射关系，只需要多次调用 registerNativeMethods 方法，并传入不同的映射表参数即可。
4. 测试---再添加一个本地方法
为了对 registerNativeMethods有更好的理解，我在 Java 中再添加一个本地方法。
android工程添加代码2
在 HellocJNI.c 中添加 max 的实现方法
代码3
用 ndk 编译生成动态库。
$ndk-build
Compile thumb : HelloJNI <= HelloJNI.c
SharedLibrary : libHelloJNI.so
Install : libHelloJNI.so => libs/armeabi/libHelloJNI.so
在模拟器上 run as ---> Android Application 。可以看到打印：
D/JNI ( 2174): The max value is: 100
证明 max 调用成功。
通过 registerNativeMethods 这种方法，我们可以看到操作的过程中，不需要再使用 javah -jni 生成 jni 头文件。c/c++ 的函数名也可以自由取名。
5. JNI 帮助方法
在 Android 源码中 your_path/dalvik/libnativehelper/include/nativehelper/JNIHelp.h 这个头文件提供了一些关于 JNI 的帮助函数，包括本地方法注册、异常处理等函数。但是使用这些函数需要链接动态库 libnativehelper.so 。还提供了一个计算方法映射表长度的宏定义。
1 #ifndef NELEM
2 # define NELEM(x) ((int) (sizeof(x) / sizeof((x)[0])))
3 #endif
有了这个宏之后，我们就可以这样子写：
(*env)->RegisterNatives(env, clazz, gMethods, NELEM(gMethods));
6.参考资料
《深入理解Android系统卷一》中第二章关于JNI有详细的说明。里面有关于JNI库的加载、静态/动态注册、JNI层数据类型转换和JNIEnv等讲解。
《Android框架》中第四章JNI与NDK，其中有关于JNI的详细解析，包括一些源码等。
一、环境和工具：
Ubuntu14.04
java version "1.7.0_95"
IDE(Android-studio/Eclipse)
android-ndk-r10b
二、
1. 简介
2. JNI 组件的入口函数
3. 使用 registerNativeMethods 方法
4. 测试-添加新的JNI调用方法
5. JNI 帮助方法
6. 参考资料
1. 简介
Android与JNI(一）已经简单介绍了如何在 android 环境下使用 JNI 了。但是遵循 JNI 开发的基本步骤似乎有点死板，而且得到的本地函数名太丑了。
那一种方式称作JNI静态注册,还有第二种方式称作JNI动态注册，所以非常有必要在这里介绍另外一种实现方法。
2. JNI 组件的入口函数
前一篇文章说到 static {System.loadLibrary("HelloJNI");} 会在第一次使用该类的时候加载动态库 libHelloJNI.so 。当 Android 的 VM 执行到 System.loadLibrary() 这个函数时，首先会执行 JNI_OnLoad() 这个函数。与此对应的是卸载时调用 JNI_OnUnLoad() 。
首先调用 c 组件中的 JNI_OnLoad() 的意图包括：
(1) 告诉 VM 此 c 组件使用那一个 JNI 版本。如果动态库中没有提供 JNI_OnLoad()，VM 默认该动态库使用最老的 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) 另外一个作用就是初始化，例如预先申请资源等。
现在我们先现实一个非常简单的 JNI_OnLoad()，看是不是在真的有调用到它。在 HelloJNI.c 中加入代码：
1 jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void *reserved)
2 {
3 LOGD("%s called.\n", __FUNCTION__);
4
5 return JNI_VERSION_1_4; // 注意这里要返回 JNI 的版本，否则会出错喔。
6 }
编译：——注意这里android.mk/HelloJNI.c/Application.mk一定是jni目录下的，不然会报路径错误：
～/Code/HelloJNI_NDK_onload/jni $ ndk-build
但如果android.mk文件没写好，一般会有以下几种错误：
《1》文件夹名字
Android NDK: Could not find application project directory !
Android NDK: Please define the NDK_PROJECT_PATH variable to point to it.
～/Public/tools/android-ndk-r10b/build/core/build-local.mk:148: *** Android NDK: Aborting . Stop.
——文件夹名字修改成jni
《2》c文件中头文件找不到
～/Code/HelloJNI_NDK_onload/jni $ ndk-build
Compile thumb : HelloJNI <= HelloJNI.c
SharedLibrary : libHelloJNI.so
～/Code/HelloJNI_NDK_onload/obj/local/armeabi/objs/HelloJNI/HelloJNI.o: In function `JNI_OnLoad':
～/Code/HelloJNI_NDK_onload/jni/HelloJNI.c:35: undefined reference to `LOGD'
collect2: ld returned 1 exit status
make: *** [～/Code/HelloJNI_NDK_onload/obj/local/armeabi/libHelloJNI.so] Error 1
——加入头文件 #include <utils/Log.h> 之后再编译：
《3》头文件未正确包含
$ndk-build
Compile thumb : HelloJNI <= HelloJNI.c
～/Code/HelloJNI_NDK_onload/jni/HelloJNI.c:20:23: error: utils/Log.h: No such file or directory
make: *** [～/Code/HelloJNI_NDK_onload/obj/local/armeabi/objs/HelloJNI/HelloJNI.o] Error 1
——提示找不到指定的头文件。由于我们没有把这个 jni 放到整个 android 的源码中编译，所以遇到这个错误是正常的，解决的方法是在 Android.mk 中加入源码中头文件的路径。
#预编译时，LOGD的include文件路径
LOCAL_CFLAGS += -I～/Code/android_project/frameworks/base/include
LOCAL_CFLAGS += -I～/Code/android_project/system/core/include
LOCAL_CFLAGS += -I～/Code/android_project/frameworks/native/opengl/include
再编译：
《4》文件未链接so库
$ndk-build
Compile thumb : HelloJNI <= HelloJNI.c
SharedLibrary : libHelloJNI.so
～/Code/HelloJNI_NDK_onload/obj/local/armeabi/objs/HelloJNI/HelloJNI.o: In function `JNI_OnLoad':
～/Code/HelloJNI_NDK_onload/jni/HelloJNI.c:36: undefined reference to `__android_log_print'
collect2: ld returned 1 exit status
make: *** [～/Code/HelloJNI_NDK_onload/obj/local/armeabi/libHelloJNI.so] Error 1
——这个很简单，只要链接 liblog.so 这个库就可以了。在 Android.mk 中添加：
LOCAL_LDLIBS = -lc -lm -llog
再编译：
$ndk-build
Compile thumb : HelloJNI <= HelloJNI.c
SharedLibrary : libHelloJNI.so
Install : libHelloJNI.so => libs/armeabi/libHelloJNI.so
OK，大功告成。如无意外，运行后你会在 logcat 中找到这样的打印：
/dalvikvm( 1956): Trying to load lib /data/data/com.android.hellojni/lib/libHelloJNI.so 0x41345548
D/dalvikvm( 1956): Added shared lib /data/data/com.android.hellojni/lib/libHelloJNI.so 0x41345548
D/ ( 1956): JNI_OnLoad called.
或
E/art: ----- class 'Lcom/android/hellojni/HelloJNIActivity;' cl=0x12c58880 -----
这说明了在加载 JNI 的动态库时，确实调用了 JNI_OnLoad() 。调用了这个库又有什么用呢？下面为你揭晓。
3. 使用 registerNativeMethods 方法
说了这么多，终于来重点了。先把修改后的 HelloJNI.c 列出来，然后再慢慢分析。
#include <string.h>
#include <jni.h>
//#include "com_android_hellojni_HelloJNIActivity.h"
#include <utils/Log.h>
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
static const char *className = "com/android/hellojni/HelloJNIActivity";
/* This is a trivial JNI example where we use a native method
* to return a new VM String. See the corresponding Java source
* file located at:
*
* apps/samples/hello-jni/project/src/com/example/HelloJni/HelloJni.java
*/
//jstring JNICALL Java_com_android_hellojni_HelloJNIActivity_getStringFromJNI( JNIEnv* env,
//jobject this )
//{
//return (*env)->NewStringUTF(env, "Hello from JNI!It's Me");
//}
jstring getStringFromJNI(JNIEnv *env, jobject this) {
return (*env)->NewStringUTF(env, "Hello form JNI! It's Me By Onload");
}
//add the second method
//1:在c文件中写上实现函数；
//2：加入JNINativeMethod[]中，动态注册。
jint native_getMaxValue(JNIEnv *env, jobject this, int a, int b){
return a > b ? a : b;
}
static JNINativeMethod gMethods[] = {
{"getStringFromJNI", "()Ljava/lang/String;", (void *) getStringFromJNI},
{"getMaxValue", "(II)I", (void *)native_getMaxValue},
};
// This function only registers the native methods, and is called from JNI_OnLoad
int register_location_methods(JNIEnv *env) {
jclass clazz;
/* look up the class */
clazz = (*env)->FindClass(env, className);
//clazz = env->FindClass(env, className);
if (clazz == NULL) {
ALOGE("Can't find class %s\n", className);
return -1;
}
ALOGD("register native methods");
/* register all the methods */
if ((*env)->RegisterNatives(env, clazz, gMethods, sizeof(gMethods) / sizeof(gMethods[0])) !=
JNI_OK)
//if (env->RegisterNatives(env, clazz, gMethods, sizeof(gMethods) / sizeof(gMethods[0])) != JNI_OK)
{
ALOGE("Failed registering methods for %s\n", className);
return -1;
}
/* fill out the rest of the ID cache */
return 0;
}
jint JNI_OnLoad(JavaVM *vm, void *reserved) {
JNIEnv *env = NULL;
jint result = -1;
ALOGD("%s: ", __FUNCTION__);
// for c
if ((*vm)->GetEnv(vm, (void **) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
// for c++
//if( vm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
ALOGE("ERROR: GetEnv failed.\n");
return result;
}
if (register_location_methods(env) < 0) {
ALOGE("ERROR: register location methods failed.\n");
return result;
}
return JNI_VERSION_1_4;
}
void JNI_OnUnload(JavaVM *vm, void *reserved) {
return;
}
#ifdef __cplusplus
}
#endif代码1
先说一说这段代码实现了什么，他与 [1] 的结果完全一样，实现了 JAVA 中声明的 getStringFromJNI 本地方法，返回一个字符串。至于为什么不再需要以Java_com_android_hellojni_HelloJNIActivity_getStringFromJNI 命名，就要慢慢分析了。
还是从 JNI_OnLoad() 这个函数开始说起。该函数的动作包括：获取 JNI 环境对象，登记本地方法，最后返回 JNI 版本。值得引起注意的是代码注释中，在 c/c++ 环境下编译区别，否则会编译出错。
登记本地方法，作用是将 c/c++ 的函数映射到 JAVA 中，而在这里面起到关键作用的是结构体 JNINativeMethod 。他定义在 jni.h 中。
typedef struct {
const char* name; /* java 中声明的本地方法名称 */
const char* signature; /* 描述了函数的参数和返回值 */
void* fnPtr; /* c/c++ 的函数指针 */
} JNINativeMethod;
声明实例
static JNINativeMethod gMethods[] = {
{ "getStringFromJNI", "()Ljava/lang/String;", (void *)getStringFromJNI },
};
参数分析：
"stringFromJNI"：Java 中声明的本地方法名；
(void *)stringFromJNI：映射对象，本地 c/c 函数，名字可以与 Java 中声明的本地方法名不一致。
"()Ljava/lang/String;"：这个应该是最难理解的，也就是结构体中的 signature 。他描述了本地方法的参数和返回值。例如
"()V"
"(II)V"
"(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)V"
实际上这些字符是与函数的参数类型一一对应的。
"()" 中的字符表示参数，后面的则代表返回值。例如"()V" 就表示void Func();
"(II)V" 表示 void Func(int, int);
数组则以"["开始，用两个字符表示；如果参数是 Java 类，则以"L"开头，以";"结尾，中间是用"/"隔开包及类名，而其对应的 C 函数的参数则为 jobject，一个例外是 String 类，它对应的 c 类型为 jstring ； 如果 JAVA 函数位于一个嵌入类（也被称为内部类），则用$作为类名间的分隔符，例如："Landroid/os /FileUtils$FileStatus;"。
PS：具体的每一个字符JAVA与C的对应关系以及数组等说明见《深入理解Android系统卷一》中第二章，其中有详细描述。
最终是登记所有记录在 JNINativeMethod 结构体中的 JNI 本地方法。
使用 registerNativeMethods 方法不仅仅是为了改变那丑陋的长方法名，最重要的是可以提高效率，因为当 Java 类透过 VM 呼叫到本地函数时，通常是依靠 VM 去动态寻找动态库中的本地函数(因此它们才需要特定规则的命名格式)，如果某方法需要连续呼叫很多次，则每次都要寻找一遍，所以使用 RegisterNatives 将本地函数向 VM 进行登记，可以让其更有效率的找到函数。
registerNativeMethods 方法的另一个重要用途是，运行时动态调整本地函数与 Java 函数值之间的映射关系，只需要多次调用 registerNativeMethods 方法，并传入不同的映射表参数即可。
4. 测试---再添加一个本地方法
为了对 registerNativeMethods有更好的理解，我在 Java 中再添加一个本地方法。
Log.d("JNI", "The max value is:" + getMaxValue(10, 99));
}
public native int getMaxValue(int a,int b);android工程添加代码2
在 HellocJNI.c 中添加 max 的实现方法
//add the second method
//1:在c文件中写上实现函数；
//2：加入JNINativeMethod[]中，动态注册。
jint native_getMaxValue(JNIEnv *env, jobject this, int a, int b){
return a > b ? a : b;
}
static JNINativeMethod gMethods[] = {
{"getStringFromJNI", "()Ljava/lang/String;", (void *) getStringFromJNI},
{"getMaxValue", "(II)I", (void *)native_getMaxValue},
};代码3
用 ndk 编译生成动态库。
$ndk-build
Compile thumb : HelloJNI <= HelloJNI.c
SharedLibrary : libHelloJNI.so
Install : libHelloJNI.so => libs/armeabi/libHelloJNI.so
在模拟器上 run as ---> Android Application 。可以看到打印：
D/JNI ( 2174): The max value is: 100
证明 max 调用成功。
通过 registerNativeMethods 这种方法，我们可以看到操作的过程中，不需要再使用 javah -jni 生成 jni 头文件。c/c++ 的函数名也可以自由取名。
5. JNI 帮助方法
在 Android 源码中 your_path/dalvik/libnativehelper/include/nativehelper/JNIHelp.h 这个头文件提供了一些关于 JNI 的帮助函数，包括本地方法注册、异常处理等函数。但是使用这些函数需要链接动态库 libnativehelper.so 。还提供了一个计算方法映射表长度的宏定义。
1 #ifndef NELEM
2 # define NELEM(x) ((int) (sizeof(x) / sizeof((x)[0])))
3 #endif
有了这个宏之后，我们就可以这样子写：
(*env)->RegisterNatives(env, clazz, gMethods, NELEM(gMethods));
6.参考资料
《深入理解Android系统卷一》中第二章关于JNI有详细的说明。里面有关于JNI库的加载、静态/动态注册、JNI层数据类型转换和JNIEnv等讲解。
《Android框架》中第四章JNI与NDK，其中有关于JNI的详细解析，包括一些源码等。
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