JNI和NDK编程

Java JNI的本意是Java Native Interface(Java本地接口)，它是为了方便Java调用C、C++等本地代码所封装的一层接口。Java提供了JNI专门用于和本地代码交互，这样就增强了Java语言的本地交互能力。通过Java JNI，用户可以调用用C、C++所编写的本地代码。

NDK是Android所提供的一个工具集合，通过NDK可以在Android中更加方便地通过JNI来访问本地代码，比如C或者C++。NDK还提供了交叉编译器，开发人员只需要简单地修改mk文件就可以生成特定CPU平台的动态库。

JNI和NDK比较适合在Linux环境下开发。JNI和NDK主要用于底层和嵌入式开发，在Android的应用层开发中使用较少，加上它们本身更加侧重于C和C++方面的编程。

JNI的开发流程

JNI的开发流程有如下几步，首先需要在Java中声明native方法，接着用C或者C++实现native方法，然后就可以编译运行了。

1. 在Java中声明native方法

public class JniTest {

    static {
        System.loadLibrary("jni-test");
    }

    public static void main(String args[]) {
        JniTest jniTest = new JniTest();
        System.out.println(jniTest.get());
        jniTest.set("hello world");
    }

    public native String get();
    public native void set(String str);

}

声明了两个native方法：get和set(String)，这两个就是需要在JNI中实现的方法。在JniTest 的头部有一个加载动态库的过程，其中jni-test是so库的标识，so库完整的名称为libjni-test.so，这是加载so库的规范。

2. 编译Java源文件得到class文件，然后通过javah命令导出JNI的头文件

C:\Users\WuMeng>E:

E:\>cd E:\Android\Practice\app\src\main\java

E:\Android\Practice\app\src\main\java>javac com/study/wumeng/practice/JniTest.java

E:\Android\Practice\app\src\main\java>javah com.study.wumeng.practice.JniTest

在当前的java目录下，会生成一个com_study_wumeng_practice_JniTest.h的头文件，它是javah命令自动生成的，内容如下所示：

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class com_study_wumeng_practice_JniTest */

#ifndef _Included_com_study_wumeng_practice_JniTest
#define _Included_com_study_wumeng_practice_JniTest
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     com_study_wumeng_practice_JniTest
 * Method:    get
 * Signature: ()Ljava/lang/String;
 */
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_study_wumeng_practice_JniTest_get
  (JNIEnv *, jobject);

/*
 * Class:     com_study_wumeng_practice_JniTest
 * Method:    set
 * Signature: (Ljava/lang/String;)V
 */
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_study_wumeng_practice_JniTest_set
  (JNIEnv *, jobject, jstring);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

首先函数名的格式遵循如下规则：Java_包名_类名_方法名。比如Java_com_study_wumeng_practice_JniTest_set(JNIEnv *, jobject, jstring)， jstring代表的是set方法的String类型的参数。这里只需要知道Java的String对应于JNI的jstring即可。JNIEXPORT 、JNICALL、JNIEnv和jobject都是JNI标准中所定义的类型或者宏。

JNIEnv

• 表示一个指向JNI环境的指针，可以通过它来访问JNI提供的接口方法；

jobject

• 表示Java对象中的this

JNIEXPORT和JNICALL

• 它们是JNI中所定义的宏，可以在jni.h这个头文件中查找到。

下面的宏定义是必需的，它指定extern "C"内部的函数采用C语言的命令风格来编译。否则当JNI采用C++来实现时，由于C和C++编译过程中对函数的命名风格不同，这将导致JNI在链接时无法根据函数名查找到具体的函数，那么JNI调用就无法完成。更多的细节实际上是有关C和C++编译时的一些问题。

#ifdef __cplusplus
extern "C"
#endif

3. 实现JNI方法

JNI方法是指Java中声明的native方法，这里可以选择用C++或者C来实现，它们的实现过程是类似的，只有少量的区别，下面分别用C++和C来实现JNI方法。

首先我们右键包，新建一个floder，选择jni，就会在java同级目录下，生成jni文件夹，我们先把生成的.h头文件复制过去。接着创建test.cpp和test.c两个文件

// test.cpp
#include "com_study_wumeng_practice_JniTest.h"
#include <stdio.h>

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_study_wumeng_practice_JniTest_get(JNIEnv *env, jobject thiz) {
    printf("invoke get in C++\n");
    return env->NewStringUTF("Hello from JNI");
}

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_study_wumeng_practice_JniTest_set(JNIEnv *env, jobject thiz, jstring string) {
    printf("invoke set from C++\n");
    char* str = env->GetStringUTFChars(string,NULL);
    printf("%s\n",str);
    env->ReleaseStringUTFChars(string,str);
}

// test.c
#include "com_study_wumeng_practice_JniTest.h"
#include <stdio.h>

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_study_wumeng_practice_JniTest_get(JNIEnv *env, jobject thiz) {
    printf("invoke get in c\n");
    return (*env)->NewStringUTF(env,"Hello from JNI !");
}

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_study_wumeng_practice_JniTest_set(JNIEnv *env, jobject thiz, jstring string) {
    printf("invoke set from C\n");
    char* str = (char*)(*env)->GetStringUTFChars(env,string,NULL);
    printf("%s\n", str);
    (*env)->ReleaseStringUTFChars(env,string, str);
}

可以发现，test.cpp和test.c的实现很类似，但是它们对env的操作方式有所不同，因此用C++和C来实现同一个JNI方法，它们的区别主要集中在对env的操作上，其他都是类似的。

C++:    env->NewStringUTF("Hello from JNI");
C:  (*env)->NewStringUTF(env,"Hello from JNI !");   

4. 编译so库并在Java中调用

so库的编译这里采用gcc，切换到jni目录中，对于test.cpp和test.c来说，它们的编译指令如下所示：

C++：gcc -shared -I /usr/lib/jvm/java-7-openjdk-amd64/include -fPIC test.cpp -o libjni-test.so
C:gcc -shared -I /usr/lib/jvm/java-7-openjdk-amd64/include -fPIC test.c -o libjni-test.so

上面的编译命令中，/usr/lib/jvm/java-7-openjdk-amd64是本地的jdk的安装路径，在其他环境编译时将其指向本机的jdk路径即可。而libjni-test.so则是生成的so库的名字，在Java中可以通过如下方式加载: System.loadLibrary("jni-test")，其中so库名字中的"lib"和".so"是不需要明确指出的。so库编译完成后，就可以在Java程序中调用so库了，这里通过Java指令来执行Java程序，切换到主目录，执行如下指令，java -Djava.library.path=../jni com.wumeng.practice.JniTest，其中-Djava.library.path=jni指明了so库的路径。

首先，采用C++产生so库，程序运行后产生的日志如下所示：

invoke get in C++
Hello from JNI!
invoke set from C++
hello world

然后，采用C产生so库，程序运行后产生的日志如下所示：

invoke get from C
Hello from JNI!
invoke set from C
hello world

可以发现，在Java中成功地调用了C/C++的代码，这就是JNI典型的工作流程。