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JNI基础知识

 4 years ago
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JNI(Java Native Interface)，它是java中的一套接口，用来跟c和c++通信。

JNI中的数据类型

java中的数据类型和c的数据类型之间的映射关系：

java->JNI->c/c++

基本数据类型：

java JNI boolean jboolean byte jbyte char jchar short jshort int jlong long jchar float jfloat double jdouble void void

引用类型：

java JNI String jstring object jobject class jclass byte[] jByteArray object[] jobjectArray

JNI开发流程的步骤

  1. 编写native方法
  2. javah命令，生成.h头文件
  3. 复制.h头文件到CPP工程中
  4. 复制jni.h和jni_md.h文件到CPP工程中
  5. 创建jni目录
  6. 添加本地支持add native support
  7. 实现.h头文件中声明的函数
  8. 生成动态库Windows系统下是.dll文件，如果是Linux系统下是.so文件，如果是Mac系统下是.jnilib
  9. 令执行Java程序，加载动态库

java调用C，例如下面返回一个字符串 

public class JniTest {
    //写一个native方法
	public native static String getStringFromC();
	
	public static void main(String[] args) {
		String text = getStringFromC();
		System.out.println(text);
	}
	//加载动态库
	static{
		System.loadLibrary("jni_study");
	}

}

C中 

//函数实现
//Java_包名_类名_方法名
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_chs_jni_JniTest_getStringFromC
(JNIEnv *env, jclass jcls){
	//JNIEnv 结构体指针  env是二级指针
	//代表Java运行环境，调用Java中的代码
	//将C的字符串转为一个java字符串
	return (*env)->NewStringUTF(env,"C String");
}

C调用java中的方法

访问属性，访问静态属性，访问方法，访问静态方法

先在java中定义相关的属性和方法

public class JniTest {

	//加载动态库
	static{	
		System.loadLibrary("jni_test");
	}

	public String name = "chs";
	
	public static int count = 9;
	
	public native static String getStringFromC();
	
	public native String getString2FromC(int i);
	//访问属性，返回修改之后的属性内容
	public native String accessField();
	//c调用java中的静态变量
	public native void accessStaticField();
	//c调用java中的方法
	public native void accessMethod();
	//c调用java中的静态方法
	public native void accessStaticMethod();
	//c调用java中的构造方法
	public native void accessConstructor();
	//c调用java中的父类的方法
	public native void accessNonvirtualObjectMethod();
	//中文
	public native String chuneseChars(String in)
	//传入数组
	public native void giveArray(int[] array);
	//获取数组
	public native int[] getArray(int len);
	//获取本地引用
	public native void loaclRef();
	
	public static void main(String[] args) {
		String text = getStringFromC();
		System.out.println(text);
		JniTest t = new JniTest();
		text = t.getString2FromC(6);
		System.out.println(text);
		
		t.accessField();
		t.accessStaticField();
		t.accessMethod();
		t.accessStaticMethod();
		int[] array = {9,100,10,37,5,10};
		//排序
		t.giveArray(array);
		for (int i : array) {
			System.out.println(i);
		}
		int[] array2 = t.getArray(10);
			System.out.println("------------");
		for (int i : array2) {
			System.out.println(i);
		}
		//全局引用
		t.createGlobalRef();
		System.out.println(t.getGlobalRef());
		//用完之后释放
		t.deleteGlobalRef();
		System.out.println("释放完了...");
		//System.out.println(t.getGlobalRef());
		//Java中捕捉C中的异常Exception是无法捕捉到的
		//得用Throwable捕获
		try {
			t.exeception();						
		} catch (Exception e) {
			System.out.println("发生异常："+e.getMessage());
		}
		System.out.println("--------异常发生之后-------");
		//C中手动抛出来的异常可以捕捉到
		try {
			t.exeception();
		} catch (Exception e) {
			//e.printStackTrace();
			System.out.println(e.getMessage());
		}
		//不断调用cached方法
		for (int i = 0; i < 100; i++) {
			t.cached();
		}
	}
	
	//产生指定范围的随机数
	public int genRandomInt(int max){
		return new Random().nextInt(max); 
	}
	
	//产生UUID字符串
	public static String getUUID(){
		return UUID.randomUUID().toString();
	}

1.访问属性

这里会用到属性签名

数据类型 签名 boolean Z byte B char C short S int I long L float F double D void V object L开头，然后以/分割包的完整类型，后面再加;
比如String的签名就是Ljava/long/String Array 以[开头，在加上数组元素类型的签名，
比如int[],签名是[I，int[][]的签名是[[I，
object[]的签名是[Ljava/lang/Object 
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_chs_JniTest_accessField
(JNIEnv *env, jobject jobj){
	//jobj是t对象，JniTest.class
	jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, jobj);
	//jfieldID
	//属性名称，属性签名
	jfieldID fid = (*env)->GetFieldID(env, cls, "key", "Ljava/lang/String;");	

	//jason >> super jason
	//获取key属性的值
	//Get<Type>Field
	jstring jstr = (*env)->GetObjectField(env, jobj, fid);	
	printf("jstr:%#x\n",&jstr);

	//jstring -> c字符串
	//isCopy 是否复制（true代表赋值，false不复制）
	char *c_str = (*env)->GetStringUTFChars(env,jstr,JNI_FALSE);
	//拼接得到新的字符串
	char text[20] = "super ";
	strcat(text,c_str);

	//c字符串 ->jstring
	jstring new_jstr = (*env)->NewStringUTF(env, text);

	//修改key
	//Set<Type>Field
	(*env)->SetObjectField(env, jobj, fid, new_jstr);

	printf("new_jstr:%#x\n", &new_jstr);

	return new_jstr;
}

2.访问静态属性 

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_chs_JniTest_accessStaticField
(JNIEnv *env, jobject jobj){
	//jclass
	jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, jobj);
	//jfieldID
	jfieldID fid = (*env)->GetStaticFieldID(env, cls, "count", "I");
	//GetStatic<Type>Field
	jint count = (*env)->GetStaticIntField(env, cls, fid);
	count++;
	//修改
	//SetStatic<Type>Field
	(*env)->SetStaticIntField(env,cls,fid,count);
}

3.访问java方法

这里需要用到方法的签名，方法的签名的获取，可以通过javap命令，打开命令行，进入我们的java类所在的文件夹，执行javap命令 比如 

javap -s -p com.chs.JniTest

执行上面的命令，就可以看到该类下面所有属性和方法的签名了。 

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_chs_JniTest_accessMethod
(JNIEnv *env, jobject jobj){
	//jclass
	jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, jobj);
	//jmethodID  最后一个参数是方法的签名
	jmethodID mid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "genRandomInt", "(I)I");
	//Call<Type>Method
	jint random = (*env)->CallIntMethod(env, jobj, mid, 200);
	printf("random num:%ld",random);

4.访问静态方法 

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_chs_JniTest_accessStaticMethod
(JNIEnv *env, jobject jobj){
	//jclass
	jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, jobj);
	//jmethodID	
	jmethodID mid = (*env)->GetStaticMethodID(env, cls, "getUUID", "()Ljava/lang/String;");
	
	//CallStatic<Type>Method
	jstring uuid = (*env)->CallStaticObjectMethod(env, cls, mid);

	//随机文件名称 uuid.txt
	//jstring -> char*
	//第三个参数isCopy JNI_FALSE，代表java和c操作的是同一个字符串
	char *uuid_str = (*env)->GetStringUTFChars(env, uuid, NULL);
	//拼接
	char filename[100];
	sprintf(filename, "D://%s.txt",uuid_str);
	FILE *fp = fopen(filename,"w");
	fputs("i love jason", fp);
	fclose(fp);
}

5.访问构造方法

访问构造方式的时候需要传入一个” “参数

//使用java.util.Date产生一个当前的时间戳
JNIEXPORT jobject JNICALL Java_com_chs_JniTest_accessConstructor
(JNIEnv *env, jobject jobj){
    //找到要访问的class
	jclass cls = (*env)->FindClass(env, "java/util/Date");
	//找到它的构造方法
	jmethodID constructor_mid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "<init>", "()V");
	//实例化一个Date对象
	jobject date_obj = (*env)->NewObject(env, cls, constructor_mid);
	//找到想要调用的方法
	jmethodID mid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "getTime", "()J");
	//调用getTime方法
	jlong time = (*env)->CallLongMethod(env, date_obj, mid);

	printf("\ntime:%lld\n",time);

	return date_obj;
}

6.调用父类的方法

Java中定义一个父类Human，和一个子类Man，父类中有个方法sayHai，子类重写该方法。

java中

Human human = new Man();

C中 

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_chs_JniTest_accessNonvirtualMethod
(JNIEnv *env, jobject jobj){
    //拿到该对象
	jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, jobj);
	//找到属性的ID
	jfieldID fid = (*env)->GetFieldID(env, cls, "human", "Lcom/chs/Human;");
	//获取man属性（对象
	jobject human_obj = (*env)->GetObjectField(env, jobj, fid);
	//知道父类，注意：传父类的名称
	jclass human_cls = (*env)->FindClass(env, "com/chs/Human"); 
	//执行sayHi方法
	jmethodID mid = (*env)->GetMethodID(env, human_cls, "sayHi", "()V");
	//执行CallObjectMethod，还是会调用子类的方法
	//(*env)->CallObjectMethod(env, human_obj, mid);
	//使用CallNonvirtualObjectMethod可以调用的父类的方法
	(*env)->CallNonvirtualObjectMethod(env, human_obj, human_cls, mid);
}

7.从C中返回中文乱码问题

C中字符串默认是UTF-16，想要返回到Java中不乱码，需要进行转码，C中转码非常麻烦，通过C调用Java中的String提供的类来进行转码就简单了很多。

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_chs_JniTest_chineseChars
(JNIEnv *env, jobject jobj, jstring in){
	//输出
	//char *c_str = (*env)->GetStringUTFChars(env, in, NULL);
	//printf("%s\n",c_str);

	//c 转化成 jstring
	char *c_str = "我是C中的文字";
	//char c_str[] = "我是C中的文字";
	//jstring jstr = (*env)->NewStringUTF(env, c_str);
	//执行String(byte bytes[], String charsetName)构造方法需要的条件
	//1.jmethodID
	//2.byte数组
	//3.字符编码jstring
	
    //找到String类，并回去构造方法的ID
	jclass str_cls = (*env)->FindClass(env, "java/lang/String");
	jmethodID constructor_mid = (*env)->GetMethodID(env, str_cls, "<init>", "([BLjava/lang/String;)V");

	//jbyte 转换成 char 
	//jbyteArray -> char[]
	jbyteArray bytes = (*env)->NewByteArray(env, strlen(c_str));
	//byte数组赋值，C中的char跟jbyte类型是一样的
	//0->strlen(c_str)，从头到尾
	//对等于，从c_str这个字符数组，复制到bytes这个字符数组
	(*env)->SetByteArrayRegion(env, bytes, 0, strlen(c_str), c_str);

	//字符编码jstring
	jstring charsetName = (*env)->NewStringUTF(env, "GB2312");

	//调用构造函数，返回编码之后的jstring
	return (*env)->NewObject(env,str_cls,constructor_mid,bytes,charsetName);
}

8.Java传数组到C中

传入一个数组并排序，操作完一定要同步回去 

//比较的方法
int compare(int *a,int *b){
	return (*a) - (*b);
}
//传入
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_chs_JniTest_giveArray
(JNIEnv *env, jobject jobj, jintArray arr){
	//jintArray -> jint指针 -> c int 数组
	jint *elems = (*env)->GetIntArrayElements(env, arr, NULL);
	//printf("%#x,%#x\n", &elems, &arr);

	//数组的长度
	int len = (*env)->GetArrayLength(env, arr);
	//排序
	qsort(elems, len, sizeof(jint), compare);	

	//同步
	//0, Java数组进行更新，并且释放C/C++数组
	//JNI_ABORT, Java数组不进行更新，但是释放C/C++数组
	//JNI_COMMIT，Java数组进行更新，不释放C/C++数组（函数执行完，数组还是会释放）
	(*env)->ReleaseIntArrayElements(env, arr, elems, JNI_COMMIT);
}

9.C返回数组到Java

操作完一定要同步回去

JNIEXPORT jintArray JNICALL Java_com_chs_JniTest_getArray(JNIEnv *env, jobject jobj, jint len){
	//创建一个指定大小的数组
	jintArray jint_arr = (*env)->NewIntArray(env, len);
	//创建jint数组
	jint *elems = (*env)->GetIntArrayElements(env, jint_arr, NULL);	
	int i = 0;
	for (; i < len; i++){
		elems[i] = i;
	}
	//同步
	(*env)->ReleaseIntArrayElements(env, jint_arr, elems, 0);	

	return jint_arr;
}

10.JNI中的引用

引用类型分为局部引用和全局引用

局部引用可以使用DeleteLocalRef手动释放对象，什么时候释放呢

  1. 当访问一个恨到的java对象，使用完成知乎，还要进行复杂的耗时操作
  2. 当创建了大量的局部引用，占用了太多的内存，这些局部引用只是暂时使用，跟后面的操作没有关联。

局部引用： 

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_chs_JniTest_localRef(JNIEnv *env, jobject jobj){
	int i = 0;
	for (; i < 5; i++){
		//创建Date对象
		jclass cls = (*env)->FindClass(env, "java/util/Date");
		jmethodID constructor_mid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "<init>", "()V");
		jobject obj = (*env)->NewObject(env, cls, constructor_mid);
		//省略一些操作

		//不在使用jobject对象了
		//通知垃圾回收器回收这些对象
		(*env)->DeleteLocalRef(env, obj);
		//省略一些操作...
	}
}

全局引用

全局引用可以共享数据，可以跨多个线程，使用DeleteGlobalRef释放。

jstring global_str;

//创建全局引用
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_chs_JniTest_createGlobalRef(JNIEnv *env, jobject jobj){
	jstring obj = (*env)->NewStringUTF(env, "jni development is powerful!");
	global_str = (*env)->NewGlobalRef(env, obj);
}

//返回全局引用
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_chs_JniTest_getGlobalRef(JNIEnv *env, jobject jobj){
	return global_str;
}

//释放全局引用
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_chs_JniTest_deleteGlobalRef(JNIEnv *env, jobject jobj){
	(*env)->DeleteGlobalRef(env, global_str);
}

弱全局引用

全局引用需要手动释放，弱全局引用，跟java中的弱引用差不多，当内存不足的时候系统会释放掉这部分内存。

创建：NewWeakGlobalRef,销毁：DeleteGlobalWeakRef

11.C中异常处理

ExceptionOccurred

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_chs_JniTest_exeception(JNIEnv *env, jobject jobj){
	jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, jobj);
	jfieldID fid = (*env)->GetFieldID(env, cls, "key2", "Ljava/lang/String;");
	//检测是否发生Java异常
	jthrowable exception = (*env)->ExceptionOccurred(env);
	if (exception != NULL){
		//让Java代码可以继续运行
		//清空异常信息
		(*env)->ExceptionClear(env);
		//补救措施
		fid = (*env)->GetFieldID(env, cls, "key", "Ljava/lang/String;");
	}
	//获取属性的值
	jstring jstr = (*env)->GetObjectField(env, jobj, fid);
	char *str = (*env)->GetStringUTFChars(env, jstr, NULL);
	//对比属性值是否合法
	if (_stricmp(str, "super jason") != 0){
		//认为抛出异常，给Java层处理
		jclass newExcCls = (*env)->FindClass(env, "java/lang/IllegalArgumentException");
		(*env)->ThrowNew(env,newExcCls,"key's value is invalid!");
	}
}

12.缓存策略

如果从java中循环调用很多次下面的方法，我们让对象第一次拿到之后就缓存起来，以后再取的时候就去缓存中取，这时候可以使用局部静态变量来存储。

在实际的项目中，我们也可以在一个方法中一次初始化很多需要的全局的变量。

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_chs_JniTest_cached(JNIEnv *env, jobject jobj){
	jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, jobj);	
	//获取jfieldID只获取一次
	//局部静态变量
	static jfieldID key_id = NULL;
	if (key_id == NULL){
		key_id = (*env)->GetFieldID(env, cls, "key", "Ljava/lang/String;");
		printf("--------GetFieldID-------\n");
	}
}

//初始化全局变量，动态库加载完成之后，立刻缓存起来
jfieldID key_fid;
jmethodID random_mid;
JNIEXPORT void JNICALL Java_chs_jni_JniTest_initIds(JNIEnv *env, jclass jcls){	
	key_fid = (*env)->GetFieldID(env, jcls, "key", "Ljava/lang/String;");
	random_mid = (*env)->GetMethodID(env, jcls, "genRandomInt", "(I)I");
}

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