深入理解JNI技术

一、JNI是什么？

JNI是Java Native Interface的缩写，译为Java本地调用。JNI是一种技术。

二、JNI技术的用途？

• Java程序中的函数调用Native程序中的函数。Native一般指使用C/C++编写的函数。
• Native程序中的函数调用Java程序中的函数。

三、注册JNI函数

• 静态注册

　　Java层函数通过Java编译成.class文件，再通过Javah工具将将.class生成为JNI层的*.h头文件，在*.h头文件里有对应Java层的函数，在JNI层实现相关函数即可。

javah -o test packagename.classname

• 动态注册

　　Java Native函数与JNI函数是一一对应的关系，所以，有一个数据结构存储着对应关系，这个数据结构就是JNINativeMethod结构体。

typedef struct {
    const char* name;
    const char* signature;
    void* fnPtr;
} JNINativeMethod;

JNINativeMethod name：Java函数名称，不包括包路径。

JNINativeMethod signature：Java函数签名，用字符串存储，签名信息由参数类型+返回值类型组成。

JNINativeMethod fnPtr：JNI层对应的函数指针，注意fnPtr是Viod*。

　　在运行时，AndroidRuntime类提供方法registerNativeMethod函数完成java函数的注册。registerNativeMethod函数通过调用jniRegisterNativeMethods函数实现函数注册。jniRegisterNativeMethods函数是Android平台提供的帮助函数。

　　那么，在什么时候完成注册或者函数调用呢？

　　在Java层通过System.loadLibrary函数加载JNI动态库，在System.loadLibrary函数调用完成后，会调用JNI_OnLoad函数，如果有就调用它，函数注册或者相关初始化在JNI_OnLoad函数中完成。

/**
     * Loads the native library specified by the <code>libname</code>
     * argument.  The <code>libname</code> argument must not contain any platform
     * specific prefix, file extension or path. If a native library
     * called <code>libname</code> is statically linked with the VM, then the
     * JNI_OnLoad_<code>libname</code> function exported by the library is invoked.
     * See the JNI Specification for more details.
     *
     * Otherwise, the libname argument is loaded from a system library
     * location and mapped to a native library image in an implementation-
     * dependent manner.
     * <p>
     * The call <code>System.loadLibrary(name)</code> is effectively
     * equivalent to the call
     * <blockquote><pre>
     * Runtime.getRuntime().loadLibrary(name)
     * </pre></blockquote>
     *
     * @param      libname   the name of the library.
     * @exception  SecurityException  if a security manager exists and its
     *             <code>checkLink</code> method doesn't allow
     *             loading of the specified dynamic library
     * @exception  UnsatisfiedLinkError if either the libname argument
     *             contains a file path, the native library is not statically
     *             linked with the VM,  or the library cannot be mapped to a
     *             native library image by the host system.
     * @exception  NullPointerException if <code>libname</code> is
     *             <code>null</code>
     * @see        java.lang.Runtime#loadLibrary(java.lang.String)
     * @see        java.lang.SecurityManager#checkLink(java.lang.String)
     */
    @CallerSensitive
    public static void loadLibrary(String libname) {
        Runtime.getRuntime().loadLibrary0(Reflection.getCallerClass(), libname);
    }

　　JNI_OnLoad是JNI层方法

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved __unused)
{
    // 函数注册
}

四、数据类型转换

　　Java层数据类型在JNI层有一一对应的数据类型。　　

五、垃圾回收

　　在Java中，创建对象使用完后，通过Java GC回收对象和释放内存。那么，Java GC对JNI层有什么影响？Java层变量传入JNI层后如何使用？

　　如下代码通过Android源码修改：

// Adnroid源码 frameworks/base/core/jni/android_media_MediaRecorder.cpp
JNIMediaRecorderListener::JNIMediaRecorderListener(JNIEnv* env, jobject thiz, jobject weak_thiz)
{

    // Hold onto the MediaRecorder class for use in calling the static method
    // that posts events to the application thread.
    jclass clazz = env->GetObjectClass(thiz);
    if (clazz == NULL) {
        ALOGE("Can't find android/media/MediaRecorder");
        jniThrowException(env, "java/lang/Exception", NULL);
        return;
    }
    mClass = (jclass)env->NewGlobalRef(clazz);

    // We use a weak reference so the MediaRecorder object can be garbage collected.
    // The reference is only used as a proxy for callbacks.
    mObject  = weak_thiz;
}

　　上面代码正常情况是没问题的，如果此广告在Java层调用将传递参数到JNI层，通过mOjbect = week_thiz赋值，当前Java层GC回收了week_thiz变量。那么，在其它地方使用mObject变量就会出现异常，mObject指向一个野指针。

　　那么，有一个疑问，正常在Java层mOjbect = week_thiz这个赋值，引用计数加1，不应该会被GC回收的。但是，需要注意在JNI层mOjbect = week_thiz这样的语句，是不会增加引用计数的。

　　正确写法，未修改Android源码，上面的源码是人为改错的：

JNIMediaRecorderListener::JNIMediaRecorderListener(JNIEnv* env, jobject thiz, jobject weak_thiz)
{

    // Hold onto the MediaRecorder class for use in calling the static method
    // that posts events to the application thread.
    jclass clazz = env->GetObjectClass(thiz);
    if (clazz == NULL) {
        ALOGE("Can't find android/media/MediaRecorder");
        jniThrowException(env, "java/lang/Exception", NULL);
        return;
    }
    mClass = (jclass)env->NewGlobalRef(clazz);

    // We use a weak reference so the MediaRecorder object can be garbage collected.
    // The reference is only used as a proxy for callbacks.
    mObject  = env->NewGlobalRef(weak_thiz);
}

　　在JNI层引用分为Local Reference（本地引用）和Global Reference（全局引用），还有一种特殊的引用 Weak Global Reference（弱全局引用）。

　　Local Reference：本地引用，在JNI层函数中使用的非全局引用都是Local Reference，包括函数调用传递的参数和JNI层本地创建的jobject。Local Reference在JNI最大的好处就是，在JNI层函数返回后，这些jobject就可能被GC回收。

　　Global Reference：全局引用，全局引用的对象不主动释放，那么，将永远不会被GC回收。

　　Weak Global Reference：弱全局引用，一种特殊的全局引用，在程序运行过程中可能被GC回收。　　

六、异常处理