jni
JNI和NDK介绍
JNI（java Native Interface），是方便Java调用C、C++等Native代码所封装的一层接口，相当于一座桥梁。通过JNI可以操作一些Java无法完成的与系统相关的特性，尤其在图像和视频处理中大量用到。
NDK（Native Development Kit）是Google提供的一套工具，其中一个特性是提供了交叉编译，即C或者C++不是跨平台的，但通过NDK配置生成的动态库却可以兼容各个平台。比如C在windows平台编译后生成.exe文件，那么源码通过NDK编译后可以生成在安卓手机上运行的二进制文件.so
在AS中使用ndk-build开发JNI示例
Android Studio2.2之前对于JNI开发的支持不是很好，开发一般使用Eclipse+插件编写本地动态库。后面Google官方全面增强了对JNI的支持，包括内置NDK。
1.在AS中新建一个项目
2.声明一个native方法
package com.mercury.jnidemo;
public class JNITest {
public native static String getStrFromJNI();
}
3.通过javah命令生成头文件
在AS的Terminal中，先进入要调用本地代码的类所在的目录，也就是在项目中的具体路径，比如这里是cd APP\src\main\java。然后通过javah命令生成该类的头文件，注意包名+类名.这里是javah -jni com.mercury.jnidemo.JNITest，生成头文件com_mercury_jnidemo_JNITest.h
实际项目最终可以不包含此头文件，不熟悉C的语法的开发人员，借助于该头文件可以知道JNI的相关语法:
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class com_mercury_jnidemo_JNITest */
#ifndef _Included_com_mercury_jnidemo_JNITest
#define _Included_com_mercury_jnidemo_JNITest
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* Class: com_mercury_jnidemo_JNITest
* Method: getStrFromJNI
* Signature: ()Ljava/lang/String;
*/
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_mercury_jnidemo_JNITest_getStrFromJNI
(JNIEnv *, jclass);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
首先引入jni.h,里面包含了很多宏定义及调用本地方法的结构体。重点是方法名的格式。这里的JNIEXPORT和JNICALL都是jni.h中所定义的宏。JNIEnv *表示一个指向JNI环境的指针，可通过它来访问JNI提供的接口方法。jclass也是jni.h中定义好的，类型是jobject,实际上是一个不确定类型的指针，这里用来接收Java中的this。实际编写中一般只要遵循Java_包名_类名_方法名就好了。
4.实现JNI方法
像上面的头文件只是定义了方法，并没有实现，就像一个接口一样。这里就用C写一个简单的无参的JNI方法。
先创建一个jni目录，我直接在src的父目录下创建的，也可以在其他目录创建，因为最终只需要编译好的动态库。在jni目录下创建Android.mk和demo.c文件。
Android.mk是一个makefile配置文件，安卓大量采用makefile进行自动化编译。local_MODULE定义的名称就是编译好的so库名称，比如这里是jni-demo，最终生成的动态库名称就叫libjni-demo.so。 LOCAL_SRC_FILES表示参与编译的源文件名称，这里就是demo.c
LOCAL_PATH := $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_MODULE := jni-demo
LOCAL_SRC_FILES := demo.c
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)
这里的demo.c实现了一个很简单的方法，返回String类型。
#include<jni.h>
jstring Java_com_mercury_jnidemo_JNITest_getStrFromJNI(JNIEnv *env,jobject thiz){
return (*env)->NewStringUTF(env,"I am Str from jni libs!");
}
这时候NDK编译生成的动态库会有四个cpu平台:arm64-v8a、armeabi-v7a、x86、x86_64。如果创建Application.mk就可以指定要生成的CPU平台，语法也很简单:
APP_ABI := all
这样就会生成各个CPU平台下的动态库。
5.使用ndk-build编程生成.so库
切回到jni目录的父目录下，在Terminal中运行ndk-build指令，就可以在和jni目录同级生成一个libs文件夹，里面存放相对应的平台的.so库。同时生成的还有一个中间临时的obj文件夹，和jni文件夹可以一起删除。
需要注意，使用NDK一定要先在build.gradle下要配置ndk-build的相关路径，这样在编写本地代码时才会有相关的提示功能，并且可以关联到相关的头文件：
externalNativeBuild {
ndkBuild {
path 'jni/Android.mk'
}
}
还有一点，网上很多资料都在build.gradle中加入以下代码:
sourceSets{
main{
jniLibs.srcDirs=['libs']
}
}
这样就指定了目标.so库的存放位置。但在实际使用中，就算不指定，运行时仍然可以加载正确的.so库文件，并且如果添加该代码后有时会报出以下错误:
ERROR:execution failed for task ':usejava:transformNativeLibsWithMergeJniLibsForDebug'.
> More than one file was found with OS independent path 'lib/x86/libjni-calljava.so'
>
6.加载.so库并调用方法
在类初始化的时候要加载该.so库，一般会写在静态代码块里。名称就是前面的LOCAL_MODULE。
static {
System.loadlibrary("jni-demo");
}
需要注意的是如果是有参的JNI方法，那么直接在参数列表里补充在jni.h预先typedef好的数据类型就可以了。
JNI调用Java
不同于JNI调用C，JNI调用Java的过程不是单独存在的。而是编写native方法，Java先通过JNI调用该方法，在方法内部再去回调类中对应的Java方法。步骤有些类似于Java中的反射。这里写定义三个点击事件，三个Native方法，三种Java的方法类型，根据相关的Log判断是否成功。
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
public static final String TAG = "MainActivity";
@Override
protected void onCreate(Bundle savedinstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setcontentView(R.layout.activity_main);
}
static {
System.loadLibrary("jni-calljava");
}
public void noParamMethod() {
Log.i(TAG, "无参的Java方法被调用了");
}
public void paramMethod(int number) {
Log.i(TAG, "有参的Java方法被调用了" + number + "次");
}
public static void staticMethod() {
Log.i(TAG, "静态的Java方法被调用了");
}
public void click1(View view) {
test1();
}
public void click2(View view) {
test2();
}
public void click3(View view) {
test3();
}
public native void test1();
public native void test2();
public native void test3();
}
1.调用Java无参方法
- JNI调用本地方法，根据类名找到类，注意类名用"/"分隔。
- 找到类后，根据方法名找到方法。该函数GetMethodID最后一个形参是该形参列表的签名。不同于Java，C中是通过签名标识去找方法。
- 获取方法的签名:首先定位到该类的字节码文件所在的父目录，一般在
module\build\intermediates\classes\debug>,通过javap -s com.mercury.usejava.MainActivity获取整个类所有的内部类型签名。无参方法test1()的签名是()V。 - 通过JNIEnv对象的CallVoidMethod来完成方法的回调,最后一个形参是可变参数。
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_mercury_usejava_MainActivity_test1
(JNIEnv * env, jobject obj){
//回调MainActivity中的noParamMethod
jclass clazz = (*env)->FindClass(env, "com/mercury/usejava/MainActivity");
if (clazz == NULL) {
printf("find class Error");
return;
}
jmethodID id = (*env)->GetMethodID(env, clazz, "noParamMethod", "()V");
if (id == NULL) {
printf("find method Error");
}
(*env)->CallVoidMethod(env, obj, id);
}
2.调用Java有参方法
类似于无参方法，只是参数签名和可变参数的不同
3.调用Java静态方法
注意获取方法名的方法是GetStaticMethodID，调用方法的函数名是CallStaticVoidMethod，并且由于是静态方法，不应该传入jobject参数，而直接是jclass.
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_mercury_usejava_MainActivity_test3
(JNIEnv * env, jobject obj){
jclass clazz = (*env)->FindClass(env, "com/mercury/usejava/MainActivity");
if (clazz == NULL) {
printf("find class Error");
return;
}
jmethodID id = (*env)->GetStaticMethodID(env, clazz, "staticMethod", "()V");
if (id == NULL) {
printf("find method Error");
}
(*env)->CallStaticVoidMethod(env, clazz, id);
}
相应日志
使用CMake开发JNI
CMake是一个跨平台的安装(编译)工具，通过编写CMakeLists.txt，可以生成对应的makefile或project文件，再调用底层的编译。AS 2.2之后工具中增加了对CMake的支持，官方也推荐用CMake+CMakeLists.txt的方式，代替ndk-build+Android.mk+Application.mk的方式去构建JNI项目.
1.创建使用CMake构建的项目
开始前AS要先在SDK Manager中安装SDK Tools->CMake
只要勾选Include C++ Support。其中会提示配置C++支持的功能.
一般默认就可以了，各个选项的具体含义:
- C++ Standard：指定编译库的环境。
- Exception Support:当前项目支持C++异常处理
- runtime Type Information Support：除异常处理外，还支持动态转类型(dynamic casting) 、模块集成、以及对象I/O
2.工程的目录结构
创建好的工程主Module下直接就有.externalNativeBuild，多出一个CMakeLists.txt，相当于以前的配置文件。并且在src/main目录下多了一个cpp文件夹，里面存放的是C++文件，相当于以前的jni文件夹。这个是工程创建后AS生成的示例JNI方法，返回了一个字符串。后面开发JNI就可以按照这个目录结构。
相应的，build.gradle下也增加了一些配置。
android {
...
defaultConfig {
...
externalNativeBuild {
cmake {
cppFlags "-std=c++14 -frtti -fexceptions"
}
}
}
buildtypes {
...
}
externalNativeBuild {
cmake {
path "CMakeLists.txt"
}
}
}
defaultConfig中的externalNativeBuild各项属性和前面创建项目时的选项配置有关，外部的externalNativeBuild则定义了CMakeLists.txt的存放路径。
如果只是在自己的项目中使用，CMake的方式在打包APK的时候会自动将cpp文件编译成so文件拷贝进去。如果要提供给外部使用时，Make Project，之后在libs目录下就可以看到生成的对应配置的相关CPU平台的.so文件。
CMakeLists.txt
CMakeLists.txt可以自定义命令、查找文件、头文件包含、设置变量，具体可见 官方文档。项目默认生成的CMakeLists.txt核心内容如下:
# 编译本地库时我们需要的最小的cmake版本
cmake_Minimum_required(VERSION 3.4.1)
# 相当于Android.mk
add_library( # Sets the name of the library.设置编译生成本地库的名字
native-lib
# Sets the library as a shared library.库的类型
SHARED
# Provides a relative path to your source file(s).编译文件的路径
src/main/cpp/native-lib.cpp )
# 添加一些我们在编译我们的本地库的时候需要依赖的一些库，这里是用来打log的库
find_library( # Sets the name of the path variable.
log-lib
# Specifies the name of the NDK library that
# you want CMake to locate.
log )
# 关联自己生成的库和一些第三方库或者系统库
target_link_libraries( # Specifies the target library.
native-lib
# Links the target library to the log library
# included in the NDK.
${log-lib} )
使用CMakeLists.txt同样可以指定so库的输出路径,但一定要在add_library之前设置，否则不会生效:
set(CMAKE_LIBRARY_OUTPUT_DIRECTORY
${PROJECT_SOURCE_DIR}/libs/${ANDROID_ABI}) #指定路径
#生成的so库在和CMakeLists.txt同级目录下的libs文件夹下
如果想要配置so库的目标CPU平台，可以在build.gradle中设置
android {
...
defaultConfig {
...
ndk{
abiFilters "x86","armeabi","armeabi-v7a"
}
}
...
}
需要注意的是，如果是多次使用add_library，则会生成多个so库。如果想将多个本地文件编译到一个so库中，只要最后一个参数添加多个C/C++文件的相对路径就可以
用C语言实现字符串加密
Java中实现字符串加密的一种比较简单的方法是异或，将字符串转换为字符数组，遍历对其中的每个字符用密钥（可以是字符）进行一次异或运算，生成新的字符串。如果用JNI和C实现，大致步骤如下(jstring是要加密的字符串):
1 获取jstring的长度
2 动态开辟一个跟data长度一样的char*
3 将 jstring类型转换为char数组（用char*接收）
4 遍历char数组，进行异或运算
5 将char*转换为jstring类型返回
6 释放动态开辟的堆内存空间
效果图
我是用的是5.0的模拟器，有时会闪退，查看系统日志，会报出一下错误:
JNI DETECTED ERROR IN APPLICATION: input is not valid Modified UTF-8
网上查了一下，JNI在调用NewStringUTF方法时，遇到不认识的字符就会退出，因为虚拟机dalvik/vm/CheckJni.cpp里面的checkUTFString会对字符类型进行检查。替代方案是在开始转换前，先检查char*中是否含有非UTF-8字符，有的话返回空字符串。完整代码如下:
#include<jni.h>
#include <stdlib.h>
jboolean checkUtfBytes(const char* bytes, const char** errorKind) ;
jstring Java_com_mercury_cmakedemo_MainActivity_encryptStr
(JNIEnv *env, jobject object, jstring data){
if(data==NULL){
return (*env)->NewStringUTF(env, "");
}
jsize len = (*env)->GetStringLength(env, data);
char *buffer = (char *) malloc(len * sizeof(char));
(*env)->GetStringUTFRegion(env, data, 0, len, buffer);
int i=0;
for (; i <len ; i++) {
buffer[i] = (char) (buffer[i] ^ 2);
}
const char *errorKind = NULL;
checkUtfBytes(buffer, &errorKind);
free(buffer);
if (errorKind == NULL) {
return (*env)->NewStringUTF(env, buffer);
} else {
return (*env)->NewStringUTF(env, "");
}
}
//把char*和errorKind传入,如果errorKind不为NULL说明含有非utf-8字符,做相应处理
jboolean checkUtfBytes(const char* bytes, const char** errorKind) {
while (*bytes != '\0') {
jboolean utf8 = *(bytes++);
// Switch on the high four bits.
switch (utf8 >> 4) {
case 0x00:
case 0x01:
case 0x02:
case 0x03:
case 0x04:
case 0x05:
case 0x06:
case 0x07:
// Bit pattern 0xxx. No need for any extra bytes.
break;
case 0x08:
case 0x09:
case 0x0a:
case 0x0b:
case 0x0f:
/*
* Bit pattern 10xx or 1111, which are illegal start bytes.
* Note: 1111 is valid for normal UTF-8, but not the
* modified UTF-8 used here.
*/
*errorKind = "start";
return utf8;
case 0x0e:
// Bit pattern 1110, so there are two additional bytes.
utf8 = *(bytes++);
if ((utf8 & 0xc0) != 0x80) {
*errorKind = "continuation";
return utf8;
}
// Fall through to take care of the final byte.
case 0x0c:
case 0x0d:
// Bit pattern 110x, so there is one additional byte.
utf8 = *(bytes++);
if ((utf8 & 0xc0) != 0x80) {
*errorKind = "continuation";
return utf8;
}
break;
}
}
return 0;
}
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