Java中JNI的使用（下）

数组的操作

有点要说明的：

1、上面的3中的 isCopy：当你调用 getArrayElements 时 JVM（Runtime）可以直接返回数组的原始指针，或者是 copy 一份，返回给你，这是由 JVM 决定的。所以 isCopy 就是用来记录这个的。他的值是?JNI_TURE?或者?JNI_FALSE。

2、6释放数组。一定要释放你所获得数组。其中有一个mode参数，其有三个可选值，分别表示：

• 0
  • 原始数组：允许原数组被垃圾回收。
  • copy： 数据会从get返回的buffer copy回去，同时buffer也会被释放。
• JNI_COMMIT
  • 原始数组：什么也不做
  • copy： 数据会从get返回的buffer copy回去，同时buffer不会被释放。
• JNI_ABORT
  • 原始数组：允许原数组被垃圾回收。之前由JNI_COMMIT提交的对数组的修改将得以保留。
  • copy： buffer会被释放，同时buffer中的修改将不会copy回数组！

关于引用与垃圾回收

比如上面有个方法传了一个 jobject 进来，然后我把她保存下来，方便以后使用。这样做是不行哒！因为他是一个 LocalReference，所以不能保证 jobject 指向的真正的实例不被回收。也就是说有可能你用的时候那个指针已经是个野指针的。然后你的程序就直接 Segment Fault 了，呵呵。

在JNI中提供了三种类型的引用：

1. Local Reference：即本地引用。在JNI层的函数，所有非全局引用对象都是Local Reference， 它包括函数调用是传入的jobject和JNI成函数创建的jobject。Local Reference的特点是一旦JNI层的函数返回，这些jobject就可能被垃圾回收。
2. Glocal Reference：全局引用，这些对象不会主动释放，永远不会被垃圾回收。
3. Weak Glocal Reference：弱全局引用，一种特殊的Global Reference，在运行过程中有可能被垃圾回收。所以使用之前需要使用jboolean IsSameObject(jobject obj1, jobject obj2)判断它是否已被回收。

Glocal Reference:
1. 创建：jobject NewGlobalRef(jobject lobj);
2. 释放：void DeleteGlobalRef(jobject gref);

Local Reference:
LocalReference也有一个释放的函数：void DeleteLocalRef(jobject obj)，他会立即释放Local Reference。 这个方法可能略显多余，其实也是有它的用处的。刚才说Local Reference会再函数返回后释放掉，但是假如函数返回前就有很多引用占了很多内存，最好函数内就尽早释放不必要的内存。

关于JNI_OnLoad

开头提到 JNI_OnLoad 是 Java1.2 中新增加的方法，对应的还有一个 JNI_OnUnload，分别是动态库被 JVM 加载、卸载的时候调用的函数。有点类似于 Windows 里的 DllMain。
前面提到的实现对应 native 的方法是实现 javah 生成的头文件中定义的方法，这样有几个弊端：

1. 函数名太长。很长，相当长。
2. 函数会被导出，也就谁说可以在动态库的导出函数表里面找到这些函数。这将有利于别人对动态库的逆向工程，因此带来安全问题。

现在有了JNI_OnLoad，情况好多了。你不光能在其中完成动态注册 native 函数的工作还可以完成一些初始化工作。Java 对应的有了?jint RegisterNatives(jclass clazz, const JNINativeMethod *methods,jint nMethods)函数。参数分别是：

• jclass clazz，于native层对应的java class
• const JNINativeMethod *methods这是一个数组，数组的元素是JNI定义的一个结构体JNINativeMethod
• 上面的数组的长度

JNINativeMethod：代码中的定义如下

/*
 * used in RegisterNatives to describe native method name, signature,
 * and function pointer.
 */

typedef struct {
    char *name;
    char *signature;
    void *fnPtr;
} JNINativeMethod;

所以他有三个字段，分别是

于是现在你可以不用导出 native 函数了，而且可以随意给函数命名，唯一要保证的是参数及返回值的统一。然后需要一个?const JNINativeMethod *methods?数组来完成映射工作。

看起来大概是这样的：

//只需导出JNI_OnLoad和JNI_OnUnload（这个函数不实现也行）
/**
 * These are the exported function in this library.
*/
JNIEXPORT jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM *vm, void *reserved);
JNIEXPORT void JNICALL JNI_OnUnload(JavaVM *vm, void *reserved);

//为了在动态库中不用导出函数，全部声明为static
//native methods registered by JNI_OnLoad
static jint native_newInstance (JNIEnv *env, jclass);

//实现native方法
/*
* Class:     com_young_soundtouch_SoundTouch
* Method:    native_newInstance
* Signature: ()I
*/
static jint native_newInstance
(JNIEnv *env, jclass ) {
	int instanceID = ++sInstanceIdentifer;
	SoundTouchWrapper *instance = new SoundTouchWrapper();
	if (instance != NULL) {
		sInstancePool[instanceID] = instance;
		++sInstanceCount;
	}
	LOGDBG("create new SouncTouch instance:%d", instanceID);
	return instanceID;
}

//构造JNINativeMethod数组
static JNINativeMethod gsNativeMethods[] = {
		{
			"native_newInstance",
			"()I",
			reinterpret_cast<void *> (native_newInstance)
		}
}；
//计算数组大小
static const int gsMethodCount = sizeof(gsNativeMethods) / sizeof(JNINativeMethod)；

//JNI_OnLoad，注册native方法。
JNIEXPORT jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM *vm, void *reserved) {
	JNIEnv* env;
	jclass clazz;
	LOGD("JNI_OnLoad called");
	if (vm->GetEnv(reinterpret_cast<void**>(&env), JNI_VERSION_1_6) != JNI_OK) {
		return -1;
	}
	//FULL_CLASS_NAME是个宏定义，定义了对应java类的全名（要把包名中的点(.)_替换成斜杠(/)）
	clazz = env->FindClass(FULL_CLASS_NAME);
	LOGDBG("register method, method count:%d", gsMethodCount);
	//注册JNI函数
	env->RegisterNatives(clazz, gsNativeMethods,
		gsMethodCount);
	//必须返回一个JNI_VERSION_1_1以上（不含）的版本号，否则直接加载失败
	return JNI_VERSION_1_6;
}

实战技巧篇

这里主要是巧用 C 中的宏来减少重复工作：

迅速生成全名

//修改包名时只需要改以下的宏定义即可
#define FULL_CLASS_NAME "com/young/soundtouch/SoundTouch"
#define func(name) Java_ ## com_young_soundtouch_SoundTouch_ ## name
#define constance(cons) com_young_soundtouch_SoundTouch_ ## cons

比如func(native_1newInstance)展开成：Java_com_young_soundtouch_SoundTouch_native_1newInstance即JNI中需要导出的函数名（不过用动态注册方式没太大用了）

constance(AUDIO_FORMAT_PCM16)展开成com_young_soundtouch_SoundTouch_AUDIO_FORMAT_PCM16这个着实有用。

而且如果包名改了也可以很方便的适应之。

安卓的log

//define __USE_ANDROID_LOG__ in makefile to enable android log
#if defined(__ANDROID__) && defined(__USE_ANDROID_LOG__)
#include <android/log.h>
#define LOGV(...)   __android_log_print((int)ANDROID_LOG_VERBOSE, "ST_jni", __VA_ARGS__)
#define LOGD(msg)  __android_log_print((int)ANDROID_LOG_DEBUG, "ST_jni_dbg", "line:%3d %s", __LINE__, msg)
#define LOGDBG(fmt, ...) __android_log_print((int)ANDROID_LOG_DEBUG, "ST_jni_dbg", "line:%3d " fmt, __LINE__, __VA_ARGS__)
#else
#define LOGV(...) 
#define LOGD(fmt) 
#define LOGDBG(fmt, ...) 
#endif

通过这样的宏定义在打 LOGD 或者 LOGDBG 的时候还能自动加上行号！调试起来爽多了！

C++中清理内存的方式

由于 C++ 里面需要手动清除内存，因此我的解决方案是定义一个 map，给每个实例一个 id，用 id 把 Java 中的对象和 native 中的对象绑定起来。在 Java 层定义一个?release?方法，用来释放本地的对象。 本地的 KEY-对象 映射?static std::map<int, SoundTouchWrapper*> sInstancePool;

关于NDK

因为安卓的约定是把本地代码放到 jni 目录下面，但是假如有多个 jni lib 的时候会比较混乱，所以方案是每一个 lib 都在 jni 里面建一个子目录，然后 jni 里面的 Android.mk 就可以去构建子目录中的 lib 了。

jni/Android.mk 如下（超级简单）：

LOCAL_PATH := $(call my-dir)
include $(call all-subdir-makefiles)

然后在子目录 soundtouch_module 中的 Android.mk 就可以像一般的 Android.mk 一样书写规则了。

同时记录一下在 Andoroid.mk 中使用 makefile 内建函数?wildcard?的方法。 有时候源文件是一个目录下的所有 .cpp/.c 文件，这时候?wildcard?来统配会很方便。但是 Android.mk 与普通的 Makefile 不同在于：

1. 调用 Android.mkmingling 的 ${CWD} 并不是 Android.ml 所在的目录。所以 Android.mk 中有一个变量?LOCAL_PATH := $(call my-dir)?来记录当前 Android.mk 所在的目录。
2. 同时还会把所有的?LOCAL_SRC_FILES?前面加上?$(LOCAL_PATH)。这样写 makefile 的时候就可以用相对路径了，提供了方便。但是这也导致了坑！

因为1，直接使用相对路径会导致wildcard匹配不到源文件。所以最好这么写?FILE_LIST := $(wildcard $(LOCAL_PATH)/soundtouch_source/source/SoundTouch/*.cpp)。然而又因为2，这样还是不行的。所以还需要匹配之后把$(LOCAL_PATH)的部分去掉，因此还得这样?$(FILE_LIST:$(LOCAL_PATH)/%=%).

还有个小tip：LOCAL_CFLAGS?中最好加上这个定义?-fvisibility=hidden?这样就不会在动态库中导出不必要的函数了。

附录签名

Java 中的函数签名包括了函数的参数类型，返回值类型。因此即使是重载了的函数，其函数签名也不一样。java编译器就会根据函数签名来判断你调用的到地址哪个方法。 签名中表示类型是这样的

1.基本类型都对应一个大写字母，如下：

2. 如果是类则是： L + 类全名（报名中的点(.)用(/)代替）+ ； 比如java.lang.String 对应的是?Ljava/lang/String;
3. 如果是数组，则在前面加[然后加类型签名，几位数组就加几个[?比如int[]对应[I，boolean[][] 对应?[[Z，java.lang.Class[]对应[Ljava/lang/Class;

可以通过 javap 命令来获取签名（javah 生成的头文件注释中也有签名）：javap -x -p <类全名>?坑爹的是java中并不能通过反射来获取方法签名，需要自己写一个帮助类。 （其实我还写了个小程序可以自动生成签名，和 JNI_OnLoad 中注册要用到的?JNINativeMethod?数组，从此再也不用糟心的去写那该死的数组了。LOL~~~）

参考资料

1. Oracle Java SE documents
2. 深入理解Android 卷 1?第二章 ，邓凡平著，机械工业出版社
3. Google Android documents – JNI Tips

标签： Google 安全 代码

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