JNI原理学习，美团Android面试题

1.3 Native方法注册

Native方法注册分为两种：

静态注册

多用于NDK开发

动态注册

多用于Framework层开发

下面我们用实际的例子对两种注册做区分及了解。

1.静态注册

我们在Android Studio一个项目中

右键本项目->new->module->Java Library

LibraryName = media

Java class name = MediaRecorder.java，创建成功后，打开MediaRecorder.class，并学着MediaRecorder编写：

接着我们对MediaRecorder.java进行编译和生成JNI方法，我们进入 media/src/main/java中，在 terminal命令行中输入：

javac com/rikkatheworld/media/MediaRecorder.java

javah -jni com.rikkatheworld.media.MediaRecorder

最后会产生了一个 MediaReorder.class和一个 com_rikkatheworld_media_MediaRecorder.h头文件。

上面可能这里可能会有点坑，可以看我 Android音视频开发入门（5）使用LAME编码一个PCM文件第一节怎么去搭建一个JNI项目，这里我就不多赘述。

我们来看下这个被编译出来的头文件的内容：

// com_rikkatheworld_media_MediaRecorder.h

#include <jni.h>

#ifndef _Included_com_rikkatheworld_media_MediaRecorder

#define _Included_com_rikkatheworld_media_MediaRecorder

#ifdef __cplusplus

extern “C” {

#endif

// 1

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_rikkatheworld_media_MediaRecorder_native_1init

(JNIEnv *, jclass);

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_rikkatheworld_media_MediaRecorder_start

(JNIEnv *, jobject);

#ifdef __cplusplus

}

#endif

被编译出来的头文件就是我们Java层在JNI层中对应的类。

注释1中的方法：以Java开头，说明这个方法在Java中调用JNI方法的，后面的名称是以包名+类名+方法名组成格式，还发现 native_1init()中多了个“1”，这是因为Java声明的native_init()中有 “_”下划线，转换成到native语言中，就变成了 “_1”。

其中 JNIEnv是Native世界中 Java环境的代表，通过 JNIEnv *这个指针，就可以在Native层中访问Java层的代码并进行操作了，它只在创建它的线程中有效，不能跨线程传递。

jclass是JNI型数据，对应Java的 java.lang.Class的实例，是所有对象的父类。

上面这两个数据类型是JNI层常用且关键的数据，后面会对其做介绍。

我们在 Java层中调用 native_init()后，就会从 JNI中寻找 Java_com_rikkatheworld_media_MediaRecorder_native_1init()的函数，如果没有，就会报错，如果找到就会为这两个方法建立一个关联，它就会保存一个JNI的函数指针，即一个指针指向了这个函数，等下一次再调用这个方法时，这个指针所指向的函数就能立马被调用。这就是静态注册。

静态注册总结：

根据方法名，将Java方法和JNI函数建立联系，它的缺点是：

JNI层的函数名非常长，它是 Java+包名+类名+方法名
声明Native方法的类需要用 javah生成头文件
第一次调用时，由于JNI层的指针还未指向对应函数，所以它要一个一个找直到找到，所以每第一次调用新的Native方法时，效率并不会太高

2.动态注册

静态注册是Java的Native通过方法指针来与JNI进行关联的，如果Java的Native方法一开始就知道它在JNI中对应的函数指针，就可以避免上述的缺点，这就是动态注册。

JNI中有一种结构来记录Java的Native方法和JNI方法的关联联系，它就是 JNINativeMethod，它在jni.h中的源码是这样的：

// jni.h

typedef struct {

const char* name; //Java方法中的名字

const char* signature; //Java方法的简明信息

void* fnPtr; //JNI中对应的方法指针

} JNINativeMethod;

我们应用开发中使用的 MediaRecorder就是采用动态注册的方式，我们来看看其JNI层是怎么来使用这个 JNINativeMethod的：

// android_media_MediaRecorder.cpp

static const JNINativeMethod gMethods[] = {

…

{“start”, “()V”, (void *)android_media_MediaRecorder_start},

{“stop”, “()V”, (void *)android_media_MediaRecorder_stop},

{“pause”, “()V”, (void *)android_media_MediaRecorder_pause},

{“resume”, “()V”, (void *)android_media_MediaRecorder_resume},

{“native_reset”, “()V”, (void *)android_media_MediaRecorder_native_reset},

{“release”, “()V”, (void *)android_media_MediaRecorder_release},

{“native_init”, “()V”, (void *)android_media_MediaRecorder_native_init}…

};

在这个JNI文件中，定义了一个 JNINativeMethod数组，里面声明了这些关联的方法

比如最后一行的：

"native_init"：在Java中的方法

"()v" ：Java层的签名

"android_media_MediaRecorder_native_init" ：为对应JNI层的函数。

这里只声明一个 JNINativeMethod数组并不就完全的注册了这些函数，这个类还要去编写一个注册函数才有用，这个类中定义了一个函数来完成这个任务，它就是 register_android_media_MediaRecorder()：

// android_media_MediaRecorder.cpp

// This function only registers the native methods, and is called from

// JNI_OnLoad in android_media_MediaPlayer.cpp

int register_android_media_MediaRecorder(JNIEnv *env)

{

return AndroidRuntime::registerNativeMethods(env,

“android/media/MediaRecorder”, gMethods, NELEM(gMethods));

}

从英文注释中，可以看出这个方法用来注册native方法，并且它只在 JNI_OnLoad()中被调用，这个方法我们听名字就知道，肯定是在 System.loadLibrary()会调用其里面的这个方法。因为在多媒体框架中都要进行 JNINativeMethod数组的注册，因此，注册函数就统一放在 JNI_OnLoad()中。

也就是说 JNI_OnLoad()是在 android_mediaMediaPlayer.cpp中的，我们来看看这个方法：

// android_media_MediaPlayer.cpp

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* /* reserved */)

{

JNIEnv* env = NULL;

jint result = -1;

if (vm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {

ALOGE(“ERROR: GetEnv failed\n”);

goto bail;

}

assert(env != NULL);

…

// 1

if (register_android_media_MediaRecorder(env) < 0) {

ALOGE(“ERROR: MediaRecorder native registration failed\n”);

goto bail;

}

…

result = JNI_VERSION_1_4;

bail:

return result;

}

在JNI_OnLoad()中调用了整个多媒体框架的注册 JNINativeMethod()数组的函数。

除了上面说到的 MediaRecorder，还有我们熟知的 MediaPlayer、MediaScanner等框架，都放在这里。

在注释1中就是调用了 register_android_media_MediaRecorder()。

我们回到 register_android_media_MediaRecorder()中，它就是执行了 AndroidRuntime::registerNativeMethod()这个方法，我们看看这个方法：

// AndroidRuntime.cpp

/static/ int AndroidRuntime::registerNativeMethods(JNIEnv* env,

const char* className, const JNINativeMethod* gMethods, int numMethods)

{

return jniRegisterNativeMethods(env, className, gMethods, numMethods);

}

它又返回了 jniRegisterNativeMethods()，它被定义在 JNIHelp.cpp中：

// JNIHelp.cpp

extern “C” int jniRegisterNativeMethods(C_JNIEnv* env, const char* className,

const JNINativeMethod* gMethods, int numMethods)

{

…

// 1

if ((*env)->RegisterNatives(e, c.get(), gMethods, numMethods) < 0) {

char* tmp;

const char* msg;

if (asprintf(&tmp, “RegisterNatives failed for ‘%s’; aborting…”, className) == -1) {

msg = “RegisterNatives failed; aborting…”;

} else {

msg = tmp;

}

e->FatalError(msg);

}

return 0;

}

注释1可以看出，最终通过调用JNIEnv.RegisterNatives()来完成JNI的注册。后面就不讲了，因为会扯到JNIEnv，等了解了JNIEnv，再去看这些代码也不迟。

动态注册总结：

通过声明一个 JNINativeMethod数组，来把对应的函数名称放到这个数组中，通过JNIEnv的的注册，来实现函数的一一对应，这样做相比于静态注册：

直观明了

想要注册的方法全都放在一个数组里，统一管理并且一目了然

效率高

指针在一开始就指向了对应的函数，这样加快了效率。

2.数据类型的转换

==========================================================================

我们依旧拿上面 MediaRecorder为例，看下 android_media_MediaRecorder_start()：

// adnroid_media_MediaRecorder.cpp

static void

android_media_MediaPlayer_start(JNIEnv *env, jobject thiz)

{

…

}

android_media_MediaRecorder_start() 的第二个参数 jobject，我们不是很清楚它是做什么的。

通过JNI，我们在Java层的数据经过了转换，变成了我们看不懂的数据。

我们需要了解JNI中的 jint、jstring、jclass这些数据类型是啥，我们就要搞清楚它们是这么来的。Java数据类型分成基本类型和引用类型，JNI也分成了这两个部分。

etails/104891791)2. 1 JNI中的基本数据类型

基本数据类型的转换如下表所示，可以看到除了 void，其他数据类型只在前面加一个“j”，第三列是签名格式。之前在 JNINativeMethod中出现过，它就是一个类型的简写：

| Java | Native | Signature |

| — | — | — |

| byte | jbyte | B |

| char | cchar | C |

| double | jdouble | D |

| float | jfloat | F |

| int | jint | I |

| short | jshort | S |

| long | jlong | J |

| boolean | jboolean | Z |

| void | void | V |

2. 2 JNI中的引用数据类型

数组的JNI层数据都以Array结尾，签名都以“[”开头，有些数据类型以“;”结尾：

| Java | Native | Signature |

| — | — | — |

| 所有对象Object | jobject | L+classname +; |

| Class | jclass | Ljava/lang/Class; |

| Throwable | jthrowable | Ljava/lang/Throwable; |

| String | jstring | Ljava/lang/String |

| Object[] | jobject[]Array | [L+classname +; |

| byte[] | jbyteArray | [B |

| char[] | jcharArray | [C |

| double[] | jdoubleArray | [D |

…

他们也有继承关系，比如所有的类型都继承 jobject，所有的数组都继承自 jarray。

再来看一个MediaRecorder的例子：

// MediaRecorder.java

private native void _setOutputFile(FileDescriptor fd) throws IllegalStateException, IOException;

// android_media_MediaRecorder.cpp

android_media_MediaRecorder_setNextOutputFileFD(JNIEnv *env, jobject thiz, jobject fileDescriptor)

{

…

}

可以看到 FileDescriptor就转成了 jobject

3.方法签名

=======================================================================

方法签名的意义是什么：便于注册后找到对应的函数。

因为Java中有重载机制，即同返回类型+同类名，如果使用动态注册，在JNINativeMethod数组中，只放上两个名字（JNI层和JAVA层函数名），到时候如果有重载函数，JNI指针是无法区分的。

这个时候就出现了方法签名，它会带上参数，比如 (jlong)V，就是输入的是一个long型，返回的是一个void。

这样即使重载，也能通过参数来区分。这就是方法签名的意义。

Java中用 javap来自动生成签名，这里就不再演示了。

4.JNIEnv

=========================================================================

JNIEnv是只有JNI才有的，它是Java环境的代表，通过 JNIEnv *指针，就可以在Native层中访问Java层的代码。

它是线程私有的，so每个线程都有自己的 JNIEnv *，它的作用有以下两点：

调用Java的方法
操作Java中的变量和对象

先来看下JNIEnv的定义，它在jni.h中被声明：

// jni.h

#if defined(__cplusplus)

//1 c++中JNIEnv类型

typedef _JNIEnv JNIEnv;

typedef _JavaVM JavaVM;

#else

//2 C中JNIEnv类型

typedef const struct JNINativeInterface* JNIEnv;

typedef const struct JNIInvokeInterface* JavaVM;

#endif

首先先判断当前是什么语言，_cplusplus就是C++，如果当前语言是C++，JNIEnv就是 _JNIEnv类型，如果是C，就是 JNIInvokeInterface*这个类型。

这里的定义中我们也看到了JVM，JavaVM就是JVM在Native层的代表。通过 JavaVM.AttachCurrentThread()可以获取这个线程的JNIEnv，这样就可以在不同的线程调用Java方法了。

我们来看下 _JNIEnv这个C++中定义的结构体：

// jni.h

struct _JNIEnv {

#if defined(__cplusplus)

…

jclass FindClass(const char* name)

{ return functions->FindClass(this, name); }

…

jmethodID GetMethodID(jclass clazz, const char* name, const char* sig)

{ return functions->GetMethodID(this, clazz, name, sig); }

…

jfieldID GetFieldID(jclass clazz, const char* name, const char* sig)

{ return functions->GetFieldID(this, clazz, name, sig); }

…

}

这里定义了很多的函数，之前讲过的动态注册就在这里面。

这里列出了三个常用的方法：

FindClass

用来找到Java中指定名称的类

GetMethodID

用来得到Java中的方法

GetFieldID

用来得到Java中的成员变量。

这些函数都调用了 JNINativeInterface的方法，而JNINativeInterface对每个函数都保存了一个指针，这样就能够定位到虚拟机中的JNI函数表，从而实现了JNI层在虚拟机中的函数调用了。这样JNI就可以访问Java层的代码了。

4.1 jfieldID和jmethodID

再来看看 native_init()中的方法：

static void

android_media_MediaRecorder_native_init(JNIEnv *env)

{

jclass clazz;

clazz = env->FindClass(“android/media/MediaRecorder”);

if (clazz == NULL) {

return;

}

fields.context = env->GetFieldID(clazz, “mNativeContext”, “J”);

if (fields.context == NULL) {

return;

}

fields.surface = env->GetFieldID(clazz, “mSurface”, “Landroid/view/Surface;”);

if (fields.surface == NULL) {

作者2013年从java开发，转做Android开发，在小厂待过，也去过华为，OPPO等大厂待过，18年四月份进了阿里一直到现在。

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