一天掌握Android JNI本地编程 快速入门

一、JNI（Java Native Interface）

1、什么是JNI：
JNI(Java Native Interface):java本地开发接口
JNI是一个协议，这个协议用来沟通java代码和外部的本地代码(c/c++)
外部的c/c++代码也可以调用java代码
2、为什么使用JNI：
效率上 C/C++是本地语言，比java更高效
代码移植，如果之前用C语言开发过模块，可以复用已经存在的c代码
java反编译比C语言容易，一般加密算法都是用C语言编写，不容易被反编译
3、Java基本数据类型与C语言基本数据类型的对应



3、引用类型对应



4、堆内存和栈内存的概念
栈内存：系统自动分配和释放，
保存全局、静态、局部变量，
在站上分配内存叫静态分配，
大小一般是固定的
堆内存：程序员手动分配(malloc/new)和释放(free/java不用手动释放，由GC回收)，
在堆上分配内存叫动态分配，
一般硬件内存有多大堆内存就有多大

二、交叉编译
1、交叉编译的概念
交叉编译即在一个平台，编译出另一个平台能够执行的二进制代码
主流平台有： Windows、 Mac os、 Linux
主流处理器： x86、 arm、 mips
2、交叉编译的原理
即在一个平台上，模拟其他平台的特性
编译的流程： 源代码-->编译-->链接-->可执行程序
3、交叉编译的工具链
多个工具的集合，一个工具使用完后接着调用下一个工具
4、常见的交叉编译工具
NDK(Native Development Kit): 开发JNI必备工具，就是模拟其他平台特性类编译代码的工具
CDT(C/C++ Development Tools): 是Eclipse开发C语言的一个插件，高亮显示C语言的语法
Cygwin: 一个Windows平台的Unix模拟器（可以参考之前博客Cygwin简介及使用）
5、NDK的目录结构（可以在Google官网下载NDK开发工具，需要FQ）
docs: 帮助文档
build/tools：linux的批处理文件
platforms：编译c代码需要使用的头文件和类库
prebuilt：预编译使用的二进制可执行文件
sample：jni的使用例子
source：ndk的源码
toolchains：工具链
ndk-build.cmd:编译打包c代码的一个指令，需要配置系统环境变量

三、JNI的第一个例子
好了，准备知识已经完毕，下面开始我们的一个JNI例子。
1、新建一个Android项目，在根目录下创建 jni文件夹，用于存放 C源码。
2、在java代码中，创建一个本地方法 getStringFromC 本地方法没有方法体。

private native String getStringFromC();

3、在jni中创建一个C文件，定义一个函数实现本地方法，函数名必须用使用 本地方法的全类名，点改为下划线。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <jni.h>
//方法名必须为本地方法的全类名点改为下划线，穿入的两个参数必须这样写，
//第一个参数为Java虚拟机的内存地址的二级指针，用于本地方法与java虚拟机在内存中交互
//第二个参数为一个java对象，即是哪个对象调用了这个 c方法
jstring Java_com_mwp_jnihelloworld_MainActivity_getStringFromC(JNIEnv* env,
jobject obj){
//定义一个C语言字符串
char* cstr = "hello form c";
//返回值是java字符串，所以要将C语言的字符串转换成java的字符串
//在jni.h 中定义了字符串转换函数的函数指针
//jstring   (*NewStringUTF)(JNIEnv*, const char*);
//第一种方法：很少用
jstring jstr1 = (*(*env)).NewStringUTF(env, cstr);
//第二种方法，推荐
jstring jstr2 = (*env) -> NewStringUTF(env, cstr);
return jstr2;
}

4、在jni中创建 Android.mk文件，用于配置 本地方法

LOCAL_PATH := $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
#编译生成的文件的类库叫什么名字
LOCAL_MODULE    := hello
#要编译的c文件
LOCAL_SRC_FILES := Hello.c
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

5、在jni目录下执行 ndk-build.cmd指令，编译c文件

6、在java代码中加载编译后生成的so类库，调用本地方法，将项目部署到虚拟机上之后就会发现toast弹出的C代码定义的字符串，第一个例子执行成功了。

static{
//加载打包完毕的 so类库
System.loadLibrary("hello");
}

7、jni打包的C语言类库默认仅支持 arm架构，需要在jni目录下创建 Android.mk 文件添加如下代码可以支持x86架构

APP_ABI := armeabi armeabi-v7a x86

四、JNI常见错误

1、findLibrary returned null:
CPU平台不匹配 或者 在加载类库时，类库名字写错了
2、本地方法找不到：
忘记加载类库了 或者 C代码中方法名写错了

五、javah工具与javap工具
1、javah: 生成本地方法头文件
需要在C/C++模块下才能生效
在JDK1.7中，在src目录下执行javah 全类名
在JDK1.6中，在bin/classes目录下执行
2、javap: 打印方法签名
在C语言中调用java的方法需要用到反射，C语言的反射需要一个方法签名，使用javap能够生成方法签名，很熟练的话也可以自己写方法签名
在bin/classes目录下执行 javap -s 全类名

六、使用本地方法加密字符串的一个小例子
C语言字符串与Java中的字符串类型不同，所以需要进行字符串类型转换。
一个重要的思想：C语言计算字符串的长度不方便，但是java很方便，只需要调用一个length()方法就可以，所以像这种需求，那个语言有优势就用哪个语言算，算完当做参数传递给另一种语言就ok。
混合语言编程这应该是一种非常有用的思想。
Java非常容易被反编译，所以加密都是用 c语言写的

#include <jni.h>
#include <string.h>
//将java字符串转换为c语言字符串（工具方法）
char*   Jstring2CStr(JNIEnv*   env,   jstring   jstr)
{
char*   rtn   =   NULL;
jclass   clsstring   =   (*env)->FindClass(env,"java/lang/String");
jstring   strencode   =   (*env)->NewStringUTF(env,"GB2312");
jmethodID   mid   =   (*env)->GetMethodID(env,clsstring,   "getBytes",   "(Ljava/lang/String;)[B");
jbyteArray   barr=   (jbyteArray)(*env)->CallObjectMethod(env,jstr,mid,strencode); // String .getByte("GB2312");
jsize   alen   =   (*env)->GetArrayLength(env,barr);
jbyte*   ba   =   (*env)->GetByteArrayElements(env,barr,JNI_FALSE);
if(alen   >   0)
{
rtn   =   (char*)malloc(alen+1);         //"\0"
memcpy(rtn,ba,alen);
rtn[alen]=0;
}
(*env)->ReleaseByteArrayElements(env,barr,ba,0);  //
return rtn;
}
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_mwp_encodeanddecode_MainActivity_encode
(JNIEnv * env, jobject obj, jstring text, jint length){
char* cstr = Jstring2CStr(env, text);
int i;
for(i = 0;i<length;i++){
*(cstr+i) += 1; //加密算法，将字符串每个字符加1
}
return (*env)->NewStringUTF(env,cstr);
}
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_mwp_encodeanddecode_MainActivity_decode
(JNIEnv * env, jobject obj, jstring text, jint length){
char* cstr = Jstring2CStr(env, text);
int i;
for(i = 0;i<length;i++){
*(cstr+i) -= 1;
}
return (*env)->NewStringUTF(env, cstr);
}

七、JNI操作一个数组（引用传递）
传递数组其实是传递一个堆内存的数组首地址的引用过去，所以实际操作的是同一块内存，
当调用完方法，不需要返回值,实际上参数内容已经改变，
Android中很多操作硬件的方法都是这种C语言的传引用的思路

public class MainActivity extends Activity {

static{
System.loadLibrary("encode");
}
int[] array = {1,2,3,4,5};
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
}

public void click(View v){
encodeArray(array);
//不需要返回值，实际操作的是同一块内存，内容已经发生了改变
for (int i : array) {
System.out.println(i);
}
}

//传递数组其实是传递一个堆内存的数组首地址的引用过去，所以实际操作的是同一块内存，
//当调用完方法，不需要返回值,实际上参数内容已经改变，
//Android中很多操作硬件的方法都是这种C语言的传引用的思路，要非常熟练
private native void encodeArray(int[] arr);
}

#include <jni.h>
/*
* Class:     com_mwp_jniarray_MainActivity
* Method:    encodeArray
* Signature: ([I)V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_mwp_jniarray_MainActivity_encodeArray
(JNIEnv * env, jobject obj, jintArray arr){
//拿到整型数组的长度以及第0个元素的地址
//jsize       (*GetArrayLength)(JNIEnv*, jarray);
int length = (*env)->GetArrayLength(env, arr);
// jint*       (*GetIntArrayElements)(JNIEnv*, jintArray, jboolean*);
int* arrp = (*env)->GetIntArrayElements(env, arr, 0);
int i;
for(i = 0;i<length;i++){
*(arrp + i) += 10; //将数组中的每个元素加10
}
}

八、偷用美图秀秀的C语言本地类库加深JNI的理解
项目中不需要有c代码，只需要有一个编译过后的类库供Java调用就可以了。
将美图秀秀的apk文件解压缩，将lib目录下C类库导入自己的项目，
反编译美图秀秀的apk文件，将其本地方法类 JNI.java复制到自己的项目
根据本地方法名和参数猜函数的作用及如何使用，
下例调用了美图的一个LOMO美化效果

public class MainActivity extends Activity {

static{
//加载美图秀秀的类库
System.loadLibrary("mtimage-jni");
}
private ImageView iv;
private Bitmap bitmap;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);

iv = (ImageView) findViewById(R.id.iv);

bitmap = BitmapFactory.decodeFile("sdcard/aneiyi.jpg");
iv.setImageBitmap(bitmap);
}

public void click(View v){

int width = bitmap.getWidth();
int height = bitmap.getHeight();

//用于保存所有像素信息的数组
int[] pixels = new int[width*height];
//获取图片的像素颜色信息，保存至pixels
bitmap.getPixels(pixels, 0, width, 0, 0, width, height);

JNI jni = new JNI();
//调用美图秀秀本地库中的美图方法，靠猜
//arg0:保存了所有像素颜色信息的数组
//arg1:图片的宽
//arg2:图片的高
//此方法是通过改变pixels的像素颜色值来实现美化效果，传递一个数组参数是不需要返回值的
jni.StyleLomoB(pixels, width, height);

Bitmap bmNew = Bitmap.createBitmap(pixels, width, height, bitmap.getConfig());
iv.setImageBitmap(bmNew);
}
}

九、在C语言中调用java方法（反射）
1、有时需要在C语言中调用java的方法，如刷新UI显示加载资源进度
在本地方法C语言代码中打印 Android的Logcat日志输出，Google已经帮我们封装好了方法，只需要调用一下就可以
如果要输出中文的话，必须将C语言的文件编码改成 utf-8,否则乱码
在C语言中调用java的方法需要用到反射，C语言的反射需要一个方法签名，使用javap能够生成方法签名，很熟练的话也可以自己写方法签名
在bin/classes目录下执行 javap -s 全类名

public class MainActivity extends Activity {
static{
System.loadLibrary("hello");
}

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
}

public void click(View v){
cLog();
}

public native void cLog();

public void show(String message){
Builder builder = new Builder(this);
builder.setTitle("标题");
builder.setMessage(message);
builder.show();
}

}

#include <jni.h>
#include <android/log.h>
#define LOG_TAG "System.out"
#define LOGD(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, LOG_TAG, __VA_ARGS__)
#define LOGI(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, LOG_TAG, __VA_ARGS__)
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_mwp_ccalljava2_MainActivity_cLog
(JNIEnv * env, jobject obj){
//打印log输出
LOGD("我是C语言打印的debug日志");
LOGI("我是C语言打印的info日志");
//通过反射来调用java的方法，需要知道方法签名，使用javap得到方法签名
//在bin/classes目录下执行 javap -s 全类名
//1、得到类的字节码对象
//jclass      (*FindClass)(JNIEnv*, const char*);
jclass clazz = (*env)->FindClass(env, "com/mwp/ccalljava2/MainActivity");
//jmethodID   (*GetMethodID)(JNIEnv*, jclass, const char*, const char*);
jmethodID methodID = (*env)->GetMethodID(env, clazz, "show", "(Ljava/lang/String;)V");
//void        (*CallVoidMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...);
(*env)->CallVoidMethod(env,obj,methodID, (*env)->NewStringUTF(env, "这是弹窗的内容"));
}

LOCAL_PATH := $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_LDLIBS += -llog
LOCAL_MODULE    := hello
LOCAL_SRC_FILES := log.c
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

十、模拟监测压力传感器

传感器的原理是使用敏感电阻如（光敏电阻，热敏电阻）等监测电流电压的变化
Android程序只需要处理传感器传递的数据，并将其显示在界面上就可以。
下面模拟一个压力传感器来练习JNI编程

public class MainActivity extends Activity {
static{
System.loadLibrary("monitor");
}
private MyProgressBar mpb;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);

mpb = (MyProgressBar) findViewById(R.id.mpb);
mpb.setMax(100);
}

public void start(View v){
new Thread(){
public void run() {
startMonitor();
};
}.start();
}

public void stop(View v){
stopMonitor();
}

public native void startMonitor();
public native void stopMonitor();

//供本地方法调用刷新UI
public void show(int pressure){
mpb.setPressure(pressure);
}
}

#include <jni.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
//模拟压力传感其传递数据
int getPressure(){
return rand()%101;
}
//用于控制循环的开关
int monitor;
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_mwp_monitor_MainActivity_startMonitor
(JNIEnv * env, jobject obj){
monitor = 1;
int pressure;
jclass clazz;
jmethodID methodid;
while(monitor){
//本地方法获取传感器数据
pressure= getPressure();
//使用反射调用java方法刷新界面显示
//jclass      (*FindClass)(JNIEnv*, const char*);
clazz= (*env)->FindClass(env, "com/mwp/monitor/MainActivity");
//jmethodID   (*GetMethodID)(JNIEnv*, jclass, const char*, const char*);
methodid= (*env)->GetMethodID(env, clazz, "show","(I)V");
// void        (*CallVoidMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...);
(*env)->CallVoidMethod(env, obj, methodid, pressure);
sleep(1);
}
}
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_mwp_monitor_MainActivity_stopMonitor
(JNIEnv * env, jobject obj){
//结束循环
monitor = 0;
}

十一、使用C++代码实现本地方法

1、把c文件后缀名换成cpp
2、Android.mk文件中的hello.c也要换成hello.cpp
3、c++的使用的环境变量结构体中，访问了c使用的结构体的函数指针，函数名全部都是一样的，只是参数去掉了结构体指针
4、访问函数指针时，把env前面的*号去掉，因为此时env已经是一级指针
5、clean，清除之前编译的残留文件
6、把声明函数的h文件放入jni文件夹中，include该h文

#include <jni.h>
#include "com_mwp_cplusplus_MainActivity.h"
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_mwp_cplusplus_MainActivity_helloC
(JNIEnv * env, jobject obj){
char* cstr = "hello from c";
//return (*env)->NewStringUTF(env, cstr);
return env->NewStringUTF(cstr);
}

来自为知笔记(Wiz)