[移动开发]Android NDK开发（五）：JNI的数据类型说明及接口简介

1 JNI简介

????????概念：JNI（Java Native Interface）java本地化接口，狭义上是SUN定义的一套标准接口，广义上是JNI中的接口、结构体、符号常量等等。

????????作用：实现?java 和 本地语言的数据类型的相互转换；实现java和本地语言互调彼此的方法

????????实现形式：JNI的具体实现是由本地语言（以C/C++为主）编写的数据类型、常量、函数、类、结构体等，是JDK中的一揽子本地文件，其中比较有代表性的jni.h及jni.cpp在OpenJDK的\openjdk\hotspot\src\share\vm\prims路径下，java程序启动时，JNI的代码被加载到java虚拟机中。

????????使用位置：在本地代码中使用，通过引用jni.h即可使用JNI定义的数据类型、方法、结构体等；利用JNI中定义的JNIEnv结构体，可通过函数指针调用JNI的函数。
（注意：JNI是java的，NDK是Android的）

????????效率：假设java调用java方法时间是1，java通过JNI调用本地方法时间约为3，本地通过JNI调用Java方法的时间大约是10。

2 JNI定义的数据类型、引用的种类及类型描述符

（1）JNI定义的与java数据类型对应的数据类型

????????JNI定义了java的数据类型与C/C++数据类型的对应关系，基本类型定义如下：

? ? ? ? 由上表可知，JNI用C/C++的部分基本类型来对应java的基本类型，那么java的引用类型对应C/C++的啥类型呢？请看下表：

????????由上表可知，JNI用C++的指针类型来对应java的引用类型，JNI定义了C++的类型来对应Java中比较常用的类，并用C++相应类的指针类型，对应java常用类的引用类型；值得注意的是，JNI将java中的数组引用类型也对应成C++中的指针类型。

（2）JNI引用的种类

????????JNI定义的java的引用类型其本质是C++中的指针类型，这里我们称之为JNI中的引用类型，那么由JNI引用类型定义的变量的我们称之为JNI引用变量，JNI引用变量的值我们称之为JNI引用，JNI引用的种类如下：

（注意：对于LocalRef，每个JavaVM有一个LocalRefTable（局部引用表），最大可存储512个局部引用，如果局部引用超过512将报错，导致程序崩溃，如果本地方法在结束前会创建大量局部引用，一定要手动释放！！）
（注意：局部引用、全局引用和局部引用变量、全局引用变量得定义方式是不同的，局部引用变量、全局引用变量是看变量是定义在函数内还是函数外）
（注意：一般不使用GlobalWeakRef！）
（注意：不要试图将局部引用赋值给全局引用变量，即不要缓存局部引用，若需缓存，请将局部引用转为全局引用并赋值给全局引用变量；也不要将全局引用赋值给局部引用变量，这没有意义。）
（注意：一般不使用GlobalWeakRef！）

（3）JNI定义的其他数据类型

????????JNI除了定义了与java数据类型对应的数据类型之外，还定义了一些自己的数据类型，都定义在jni.h头文件中，具体如下：

1）jfieldID及jmethodID? ? ??

????????定义：
????????????????struct _jfieldID; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? /* opaque structure */
????????????????typedef struct _jfieldID* jfieldID; ? ? /* field IDs */
????????????????struct _jmethodID; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?/* opaque structure */
????????????????typedef struct _jmethodID* jmethodID; ? /* method IDs */

????????说明：_jfieldID、_jmethodID是结构体类型， jfieldID、jmethodID是指向相应结构体的指针变量，通常只会用到jfieldID、jmethodID，jni.h中隐藏了_jfieldID、_jmethodID的实现细节。

????????作用：jfieldID用于本地调用Java类或对象的属性时，jmethodID用于本地调用Java类或对象的方法时。

2）JNINativeInterface、_JNIEnv、JNIEnv

? ? ? ? 定义：
?????????????????????#if defined(__cplusplus)
????????????????typedef _JNIEnv JNIEnv;
????????????????typedef _JavaVM JavaVM;
????????????????#else
????????????????typedef const struct JNINativeInterface* JNIEnv;
????????????????typedef const struct JNIInvokeInterface* JavaVM;
????????????????#endif

????????????????struct JNINativeInterface{
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? jint ?(*GetVersion)(JNIEnv *);
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ........
????????????????}

????????????????struct _JNIEnv {
? ? ????????????????const struct JNINativeInterface* functions;
? ????????????????? jint GetVersion() { return functions->GetVersion(this);?
? ? ????????????????.......
????????????????}

????????说明：JNINativeInterface 结构体中定义了JNI标准的全部方法，_JNIEnv 结构体采用修饰模式，内部持有JNINativeInterface结构体实例的指针，包装了JNINativeInterface结构体的方法。在C++中JNIEnv是_JNIEnv 结构体类型的别名，在C中JNIEnv是 JNINativeInterface* 指针类型的别名，一般我们直接使用JNIEnv，后面我们统一用JNIEnv描述。

????????作用：JNI的大部分方法都需通过JNIEnv实例调用。
（注意：JNIEnv的实例是与线程相关的，不同线程的JNIEnv实例彼此独立，线程间不能共享JNIEnv实例，所以不要尝试将JNIEnv实例缓存为全局的）
（注意：在C++与C中使用JNIEnv指针变量调用JNI方法时，使用方式稍有差别，后面会详细说）

3）JavaVM、JNIInvokeInterface

? ? ? ? 定义：
?????????????????????#if defined(__cplusplus)
????????????????typedef _JNIEnv JNIEnv;
????????????????typedef _JavaVM JavaVM;
????????????????#else
????????????????typedef const struct JNINativeInterface* JNIEnv;
????????????????typedef const struct JNIInvokeInterface* JavaVM;
????????????????#endif

????????????????struct JNIInvokeInterface {
? ? ????????????????void* ? ? ? reserved0;
? ? ????????????????void* ? ? ? reserved1;
? ? ????????????????void* ? ? ? reserved2;
? ? ????????????????jint ? ? ? ?(*DestroyJavaVM)(JavaVM*);
? ? ????????????????jint ? ? ? ?(*AttachCurrentThread)(JavaVM*, JNIEnv**, void*);
? ? ????????????????jint ? ? ? ?(*DetachCurrentThread)(JavaVM*);
? ? ????????????????jint ? ? ? ?(*GetEnv)(JavaVM*, void**, jint);
? ????????????????? jint ? ? ? ?(*AttachCurrentThreadAsDaemon)(JavaVM*, JNIEnv**, void*);
????????????????};

????????????????struct _JavaVM {
? ? ????????????????const struct JNIInvokeInterface* functions;
????????????????#if defined(__cplusplus)
? ????????? ????????jint DestroyJavaVM()
? ????????? ????????{ return functions->DestroyJavaVM(this); }
? ? ????????????????jint AttachCurrentThread(JNIEnv** p_env, void* thr_args)
? ? ????????????????{ return functions->AttachCurrentThread(this, p_env, thr_args); }
? ? ????????????????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*/
????????????????};

????????说明：JNIInvokeInterface 结构体中定义了本地代码操作JavaVM及获取JNIEnv的方法，_JavaVM 结构体采用修饰模式，内部持有JNIInvokeInterface 结构体实例的指针，包装了JNIInvokeInterface 结构体的方法。在C++中JavaVM是_JavaVM 结构体类型的别名，在C中JavaVM是 JNIInvokeInterface* 指针类型的别名，一般我们直接使用JavaVM，后面我们统一用JavaVM描述。

????????作用：用于获取JavaVM实例，通过JavaVM实例可获取跟本地线程相关的JNIEnv实例，从而让在本地开启的线程在没有java native方法传递来的JNIEnv实例的情况下 能获取JNIEnv实例调用java方法。
（注意：JavaVM是java虚拟机在JNI层的代表，在一个java进程中只有一个JavaVM实例，因此该进程的所有线程都可以使用这个JavaVM实例，故可考虑将JavaVM缓存为全局的）。
（注意：JavaVM结构体的方法指针指向java invocation API，Invocation API用于把JVM嵌入到本地程序中）

???????4）JNINativeMethod

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

????????说明：变量name是Java中函数的名字；变量signature是Java方法通过描述符表示的方法签名
；变量fnPtr是函数指针，指向本地函数，前面都要接 (void *)，其name与fnPtr是对应的，一个是java层方法名，一个是native方法名。

????????作用：用于JNI动态注册（后面会说），每个JNINativeMethod实例都表示一个本地方法与java方法的映射关系。

（4）JNI定义的描述符

? ? ? ? JNI定义描述符是为了让本地代码通过JNI调用java时，准确找到Java的类或方法，JNI描述符如下：

例子：

（注意：引用类型是L+全类名；，并将全类名中的“.” 换成“/”，在最后加上；）

（5）JNI定义的宏

1）JNIEXPORT

? ? ? ? 定义：
????????????????#define JNIEXPORT ?__attribute__ ((visibility ("default")))

? ? ? ? 作用：用于表明这个函数是一个可导出函数。每一个C/C++库都有一个导出函数列表，只有在这个列表里面的函数才可以被外部直接调用，类似Java的public函数和private函数的区别。
（注意：也可在JNI函数前直接加__attribute__ ((visibility ("default")))，若将“default”改成“hidden”，则外界无法找到该函数）

2）JNICALL

? ? ? ? 定义：
???????????????????????#define JNICALL

? ? ? ? 作用：只用于说明说明这个函数是一个JNI函数，用来和普通的C/C++函数进行区别，定义JNI函数时可以不加。

3）JNI_FALSE?及?JNI_TRUE

? ? ? ? 定义：
????????????????#define JNI_FALSE ? 0
? ? ? ? ? ? ? ? #define JNI_TRUE ? ?1

? ? ? ? 作用：JNI定义的字符常量，用来在本地代码中表示真假。

3 JNI定义的接口简介

? ? ? ?JNI定义的接口全在jni.h中，根据接口的实现方式不同可分为JNI自己实现的、间接调用java invocation API的、.间接调用so的，java invocation API及so为JNI暴露一些有用的方法。以下为方法简介，后续会结合使用详细说明：

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