【Android 系统开发】Android JNI/NDK (三) 之 JNIEnv 解析

jni.h文件 : 了解 JNI 需要配合 jni.h 文件, jni.h 是 Google NDK 中的一个文件, 位置是 $/Android-ndk-r9d/platforms/android-19/arch-arm/usr/include/jni.h ;

1. JNIEnv 作用

JNIEnv 概念 : 是一个线程相关的结构体, 该结构体代表了 Java 在本线程的运行环境 ; 

JNIEnv 与 JavaVM : 注意区分这两个概念; 

-- JavaVM : JavaVM 是 Java虚拟机在 JNI 层的代表, JNI 全局只有一个;

-- JNIEnv : JavaVM 在线程中的代表, 每个线程都有一个, JNI 中可能有很多个 JNIEnv;

JNIEnv 作用 : 

-- 调用 Java 函数 : JNIEnv 代表 Java 运行环境, 可以使用 JNIEnv 调用 Java 中的代码;

-- 操作 Java 对象 : Java 对象传入 JNI 层就是 Jobject 对象, 需要使用 JNIEnv 来操作这个 Java 对象;

2. JNIEnv 的创建和释放

JNIEnv 创建 和 释放 : 从 JavaVM 获得 : 下面是 JavaVM 结构体的代码, 

-- C语言 中来源 : JNIInvokeInterface 是 C 语言环境中的 JavaVM 结构体, 调用 (*AttachCurrentThread)(JavaVM*, JNIEnv**, void*) 方法, 可以获取 JNIEnv结构体;

-- C++ 中来源 : _JavaVM 是 C++ 中的 JavaVM 结构体, 调用 jint AttachCurrentThread(JNIEnv** p_env, void* thr_args) 方法, 可以获取 JNIEnv 结构体;

-- C语言 中释放 : 调用 JavaVM结构体 (JNIInvokeInterface) 中的 (*DetachCurrentThread)(JavaVM*)方法, 可以释放本线程中的 JNIEnv;

-- C++ 中释放 : 调用 JavaVM 结构体 (_JavaVM) 中的 jint DetachCurrentThread(){ return functions->DetachCurrentThread(this); } 方法, 即可释放 本线程中的 JNIEnv ;

/*
 * JNI invocation interface.
 */
struct JNIInvokeInterface {
    void*       reserved0;
    void*       reserved1;
    void*       reserved2;

    jint        (*DestroyJavaVM)(JavaVM*);
		/* 创建 JNIEnv , 每个线程创建一个 */
    jint        (*AttachCurrentThread)(JavaVM*, JNIEnv**, void*);
		/* 释放本线程的 JNIEnv */
    jint        (*DetachCurrentThread)(JavaVM*);
    jint        (*GetEnv)(JavaVM*, void**, jint);
    jint        (*AttachCurrentThreadAsDaemon)(JavaVM*, JNIEnv**, void*);
};

/*
 * C++ version.
 */
struct _JavaVM {
    const struct JNIInvokeInterface* functions;

#if defined(__cplusplus)
    jint DestroyJavaVM()
    { return functions->DestroyJavaVM(this); }
	/* 创建 JNIEnv , 每个线程创建一个 , 调用的C语言结构提中的方法, C 与 C++ 方法相同 */
    jint AttachCurrentThread(JNIEnv** p_env, void* thr_args)
    { return functions->AttachCurrentThread(this, p_env, thr_args); }
	/* 释放本线程的 JNIEnv , 调用的C语言结构提中的方法, C 与 C++ 方法相同 */
    jint DetachCurrentThread()
    { return functions->DetachCurrentThread(this); }
    jint GetEnv(void** env, jint version)
    { return functions->GetEnv(this, env, version); }
    jint AttachCurrentThreadAsDaemon(JNIEnv** p_env, void* thr_args)
    { return functions->AttachCurrentThreadAsDaemon(this, p_env, thr_args); }
#endif /*__cplusplus*/
};

3. JNIEnv 体系结构 

线程相关 : JNIEnv 是线程相关的, 即 在 每个线程中 都有一个 JNIEnv 指针, 每个JNIEnv 都是线程专有的, 其它线程不能使用本线程中的 JNIEnv, 线程 A 不能调用 线程 B 的 JNIEnv;

JNIEnv 不能跨线程 : 

-- 当前线程有效 : JNIEnv 只在当前线程有效, JNIEnv 不能在 线程之间进行传递, 在同一个线程中, 多次调用 JNI层方法, 传入的 JNIEnv 是相同的;

-- 本地方法匹配多JNIEnv : 在 Java 层定义的本地方法, 可以在不同的线程调用, 因此 可以接受不同的 JNIEnv;

JNIEnv 结构 : 由上面的代码可以得出, JNIEnv 是一个指针,  指向一个线程相关的结构, 线程相关结构指向 JNI 函数指针 数组, 这个数组中存放了大量的 JNI 函数指针, 这些指针指向了具体的 JNI 函数; 

4. 分析 JNIEnv 相关代码

JNIEnv 定义的相关代码 :

<span style="font-family:Courier New;">/* 声明结构体, 以便在下面能够使用 */
struct _JNIEnv;
struct _JavaVM;
/* 声明 C 语言环境中的 JNIEnv 为 C_JNIEnv 指针, 指向 JNINativeInterface 结构体 */
typedef const struct JNINativeInterface* C_JNIEnv;

#if defined(__cplusplus)
/* C++环境下, JNIEnv 是结构体 */
typedef _JNIEnv JNIEnv;
typedef _JavaVM JavaVM;
#else
/* C语言环境下, JNIEnv是指针 */
typedef const struct JNINativeInterface* JNIEnv;
typedef const struct JNIInvokeInterface* JavaVM;
#endif</span>

-- JNINativeInterface 结构体 : 该结构体中定义了大量的函数指针, 这些函数指针 指向 与 Java 相关的变量有关的函数, 如果是 C 语言环境中, JNIEnv 就是指向 该结构体的指针;

-- _JNIEnv 结构体 : C++ 环境中的 JNIEnv 就是该结构体, 该结构体中封装了 一个 JNINativeInterface 结构体指针, 即 C++ 中的 JNIEnv 要比 C 语言中的要多, 并且 完全兼容 C 语言中的 JNIEnv;

-- _JavaVM 结构体 : 该结构体 是 Java 虚拟机 在 JNI 中的代表, 整个 JNI 层 只存在一个 该 虚拟机映射;

JNINativeInterface 源码(删减过) : 省略后的, 其中定义了 与 Java 有关的相关方法, 都是 指向对应函数的函数指针;

-- 解析 JNIEnv* : C语言环境中的 typedef const struct JNINativeInterface* JNIEnv , JNIEnv* env 等价于 JNINativeInterface** env1 (指向结构体地址的指针), 要想 根据 二级指针 env1 获取 JNINativeInterface 结构体中定义的函数指针, 首先获取 指向结构体的一级指针, 获取方法是 (*env1), 因此调用其中的函数指针指向的方法要这样 : (*env1)->FindClass(JNIEnv*, const char*);

/*
 * Table of interface function pointers.
 */
struct JNINativeInterface {
    void*       reserved0;
    void*       reserved1;
    void*       reserved2;
    void*       reserved3;

    jint        (*GetVersion)(JNIEnv *);

    ... ...

    jobject     (*NewDirectByteBuffer)(JNIEnv*, void*, jlong);
    void*       (*GetDirectBufferAddress)(JNIEnv*, jobject);
    jlong       (*GetDirectBufferCapacity)(JNIEnv*, jobject);

    /* added in JNI 1.6 */
    jobjectRefType (*GetObjectRefType)(JNIEnv*, jobject);
};

_JNIEnv 源码(删减过) : 该源码中有一个 JNINativeInterface 结构体指针, 说明 C++ 环境的 JNIEnv 是在 C 语言环境的 JNIEnv 下扩展的;

-- 解析 JNIEnv* : 定义是这样的 typedef _JNIEnv JNIEnv, JNIEnv* env 等价于 _JNIEnv* env1, 因此调用 _JNIEnv 中定义的函数指针指向的函数的时候, 只需要 使用 env1->FindClass(JNIEnv*, const char*) 即可;

/*
 * C++ object wrapper.
 *
 * This is usually overlaid on a C struct whose first element is a
 * JNINativeInterface*.  We rely somewhat on compiler behavior.
 */
struct _JNIEnv {
    /* do not rename this; it does not seem to be entirely opaque */
    const struct JNINativeInterface* functions;

#if defined(__cplusplus)

    jint GetVersion()
    { return functions->GetVersion(this); }

    ... ... 

    jlong GetDirectBufferCapacity(jobject buf)
    { return functions->GetDirectBufferCapacity(this, buf); }

    /* added in JNI 1.6 */
    jobjectRefType GetObjectRefType(jobject obj)
    { return functions->GetObjectRefType(this, obj); }
#endif /*__cplusplus*/
};