Native开发与JNI机制详解

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本文来自http://blog.csdn.net/liuxian13183/ ，引用必须注明出处！

文/李森

博主导读：博主不是代码大师，研究什么都很深，Java除外，所以无论什么问题，方案可以提供，但具体怎样做需要钻研，由于博主时间有限，在博客上公开的大多是基础性的文章，但这并不阻挡你可以丰富基础后，走的更远！借鉴为最近博主的主要走向，为大家提供优质的解决方案。关于Native和Jni，博主搞过一段时间，但时间有限，今天仅转载一篇，以飨读者！总结：为什么要用Native？如科大讯飞，他们的输入法实现是用C写的，安全性很好，性能也更好，功能性强，那么怎样把C的功能用到Java上呢？很好的问题！Android上提供Native来使用，反之C也可以调用Java，相反的方式罢了，表现形式：
so包，加载包，定义调用方法即可。Jni呢 ？Java Native Interface，很明白，它就是这个接口。以后有机会再跟大家一起探讨AIDL，跨进程通信的问题

话休烦絮，转入正题：

JNI简介

Java Native Interface（JNI）是Java提供的一个很重要的特性。它使得用诸如C/C++等语言编写的代码可以与运行于Java虚拟机（JVM）中的Java代码集成。有些时候，Java并不能满足你的全部开发需求，比如你希望提高某些关键模块的效率，或者你必须使用某个以C/C++等Native语言编写的程序库；此时，JNI就能满足你在Java代码中访问这些Native模块的需求。JNI的出现使得开发者既可以利用Java语言跨平台、类库丰富、开发便捷等特点，又可以利用Native语言的高效。



实际上，JNI是JVM实现中的一部分，因此Native语言和Java代码都运行在JVM的宿主环境（Host Environment），正如图1所示。此外，JNI是一个双向的接口：开发者不仅可以通过JNI在Java代码中访问Native模块，还可以在Native代码中嵌入一个JVM，并通过JNI访问运行于其中的Java模块。可见，JNI担任了一个桥梁的角色，它将JVM与Native模块联系起来，从而实现了Java代码与Native代码的互访。在OPhone上使用Java虚拟机是为嵌入式设备特别优化的Dalvik虚拟机。每启动一个应用，系统会建立一个新的进程运行一个Dalvik虚拟机，因此各应用实际上是运行在各自的VM中的。Dalvik
VM对JNI的规范支持的较全面，对于从JDK 1.2到JDK 1.6补充的增强功能也基本都能支持。

开发者在使用JNI之前需要充分了解其优缺点，以便合理选择技术方案实现目标。JNI的优点前面已经讲过，这里不再重复，其缺点也是显而易见的：由于Native模块的使用，Java代码会丧失其原有的跨平台性和类型安全等特性。此外，在JNI应用中，Java代码与Native代码运行于同一个进程空间内；对于跨进程甚至跨宿主环境的Java与Native间通信的需求，可以考虑采用socket、Web Service等IPC通信机制来实现。
在OPhone开发中使用JNI
正如我们在上一节所述，JNI是一个双向的接口，所以交互的类型可以分为在Java代码中调用Native模块和在Native代码中调用Java模块两种。下面，我们就使用一个Hello-JNI的示例来分别对这两种交互方式的开发要点加以说明。
Java调用Native模块
Hello-JNI这个示例的结构很简单：首先我们使用Eclipse新建一个OPhone应用的Java工程，并添加一个com.example.hellojni.HelloJni的类。这个类实际上是一个Activity，稍后我们会创建一个TextView，并显示一些文字在上面。
要在Java代码中使用Native模块，必须先对Native函数进行声明。在我们的例子中，打开HelloJni.java文件，可以看到如下的声明：

1. /* A native method that is implemented by the
2. * 'hello-jni' native library, which is packaged
3. * with this application.
4. */
5. public native String stringFromJNI();

1. #include <string.h>
2. #include <jni.h>
3. jstring
4. Java_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI( JNIEnv* env,
5. jobject thiz ) {
6. return (*env)->NewStringUTF(env, "Hello from JNI !");
7. }

1. static {
2. System.loadLibrary("hello-jni");
3. }

1. TextView tv = new TextView(this);
2. tv.setText( stringFromJNI() );
3. setContentView(tv);

JNI规范定义了一系列在Native代码中访问Java对象及其成员与方法的API。下面我们还是通过示例来具体讲解。首先，新建一个SayHello的类，代码如下：

1. package com.example.hellojni;
2. public class SayHello {
3. public String sayHelloFromJava(String nativeMsg) {
4. String str = nativeMsg + " But shown in Java!";
5. return str;
6. }
7. }

1. jstring helloFromJava( JNIEnv* env ) {
2. jstring str = NULL;
3. jclass clz = (*env)->FindClass(env, "com/example/hellojni/SayHello");
4. jmethodID ctor = (*env)->GetMethodID(env, clz, "<init>", "()V");
5. jobject obj = (*env)->NewObject(env, clz, ctor);
6. jmethodID mid = (*env)->GetMethodID(env, clz, "sayHelloFromJava", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;");
7. if (mid) {
8. jstring jmsg = (*env)->NewStringUTF(env, "I'm born in native.");
9. str = (*env)->CallObjectMethod(env, obj, mid, jmsg);
10. }
11. return str;
12. }

最新版本的NDK可以在http://developer.android.com/sdk/ndk/index.html下载。NDK提供了适用于Windows、Linux和MAC OS X的版本，开发者可以根据自己的操作系统下载相应的版本。本文仅使用基于Linux的NDK版本做介绍和演示。
NDK的安装很简单：解压到某个路径下即可，之后可以看到若干目录。其中docs目录中包含了比较详细的文档，可供开发者参考，在NDK根目录下的README.TXT也对个别重要文档进行了介绍；build目录则包含了用于Android设备的交叉编译器和相关工具，以及一组系统头文件和系统库，其中包括libc、libm、libz、liblog（用于Android设备log输出）、JNI接口及一个C++标准库的子集（所谓“子集”是指Android对C++支持有限，如不支持Exception及STL等）；apps目录是用于应用开发的目录，out目录则用于编译中间结果的存储。接下来，我们就用前面的例子简单讲解一下NDK的使用。
进入/apps目录，我们可以看到一些示例应用，以hello-jni为例：在hello-jni目录中有一个Application.mk文件和一个project文件夹，project文件夹中则是一个OPhone Java应用所有的工程文件，其中jni目录就是Native代码放置的位置。这里Application.mk主要用于告诉编译器应用所需要用到的Native模块有什么，对于一般开发在示例提供的文件的基础上进行修改即可；如果需要了解更多，可参考/docs/APPLICATION-MK.txt。接下来，我们将示例文件与代码如图2放置到相应的位置：



可以看到，和Java应用一样，Native模块也需要使用Android.mk文件设置编译选项和参数，但内容有较大不同。对于Native模块而言，一般需要了解如下几类标签：
1.LOCAL_MODULE：定义了在整个编译环境中的各个模块，其名字应当是唯一的。此外，这里设置的模块名称还将作为编译出来的文件名：对于原生可执行文件，文件名即为模块名称；对于静态/动态库文件，文件名为lib+模块名称。例如hello-jni的模块名称为“hello-jni”，则编译出来的动态库就是libhello-jni.so。
2.LOCAL_SRC_FILES：这里要列出所有需要编译的C/C++源文件，以空格或制表符分隔；如需换行，可放置“\”符号在行尾，这和GNU Makefile的规则是一致的。
3.LOCAL_CFLAGS：定义gcc编译时的CFLAGS参数，与GNU Makefile的规则一致。比如，用-I参数可指定编译所需引用的某个路径下的头文件。
4.LOCAL_C_INCLUDES：指定自定义的头文件路径。
5.LOCAL_SHARED_LIBRARIES：定义链接时所需要的共享库文件。这里要链接的共享库并不限于NDK编译环境中定义的所有模块。如果需要引用其他的库文件，也可在此处指定。
6.LOCAL_STATIC_LIBRARIES：和上个标签类似，指定需要链接的静态库文件。需要注意的是这个选项只有在编译动态库的时候才有意义。
7.LOCAL_LDLIBS：定义链接时需要引入的系统库。使用时需要加-l前缀，例如-lz指的是在加载时链接libz这个系统库。libc、libm和libstdc++是编译系统默认会链接的，无需在此标签中指定。
欲了解更多关于标签类型及各类标签的信息，可参考/docs/ANDROID-MK.txt文件，其中详细描述了Android.mk中各个标签的含义与用法。如下给出的就是我们的示例所用的Android.mk：

1. LOCAL_PATH := $(call my-dir)
2. include $(CLEAR_VARS)
3. LOCAL_MODULE := hello-jni
4. LOCAL_C_INCLUDES := $(LOCAL_PATH)/include
5. LOCAL_SRC_FILES := src/call_java.c \
6. src/hello-jni.c
7. include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

写好了代码和Makefile，接下来就是编译了。使用NDK进行编译也很简单：首先从命令行进入目录，执行./build/host-setup.sh，当打印出“Host setup complete.”的文字时，编译环境的设置就完成了。这里开发者需要注意的是，如果使用的Linux发行版是Debian或者Ubuntu，需要通过在目录下执行bash build/host-setup.sh，因为上述两个发行版使用的dash shell与脚本有兼容问题。接下来，输入make
APP=hello-jni，稍等片刻即完成编译，如图3所示。从图中可以看到，在编译完成后，NDK会自动将编译出来的共享库拷贝到Java工程的libs/armeabi目录下。当编译Java工程的时候，相应的共享库会被一同打包到apk文件中。在应用安装时，被打包在libs/armeabi目录中的共享库会被自动拷贝到/data/data/com.example.HelloJni/lib/目录；当System.loadLibrary被调用时，系统就可以在上述目录寻找到所需的库文件libhello-jni.so。如果实际的Java工程不在这里，也可以手动在Java工程下创建libs/armeabi目录，并将编译出来的so库文件拷贝过去。

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转自:http://developer.51cto.com/art/201007/213701_3.htm