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Android 开发 之 JNI入门 - NDK从入门到精通

NDK项目源码地址 : 

-- 第一个JNI示例程序下载 : GitHub - https://github.com/han1202012/NDKHelloworld.git 

-- Java传递参数给C语言实例程序 : GitHub - https://github.com/han1202012/NDKParameterPassing.git 

--C语言回调Java方法示例程序 : GitHub - https://github.com/han1202012/NDK_Callback.git 

--分析Log框架层JNI源码所需的Android底层文件 : CSDN - https://download.csdn.net/detail/han1202012/6905507

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作者 :万境绝尘 

转载请注明出处 : https://blog.csdn.net/shulianghan/article/details/18964835

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开发环境介绍 : 

-- eclipse : adt-bundle-windows-x86-20130917

-- sdk : 版本 2.3.3

-- ndk : android-ndk-r9c-windows-x86.zip

-- cygwin : 所需组件 binutils , gcc , gcc-mingw , gdb , make;

-- javah : jdk6.0自带工具

-- javap : jdk6.0自带工具

一. JNI介绍

1. JNI引入

JNI概念 : Java本地接口,Java Native Interface, 它是一个协议, 该协议用来沟通Java代码和外部的本地C/C++代码, 通过该协议 Java代码可以调用外部的本地代码, 外部的C/C++ 代码可以调用Java代码;

C和Java的侧重 : 

-- C语言 : C语言中最重要的是 函数 function; 

-- Java语言 : Java中最重要的是 JVM, class类, 以及class中的方法;

C与Java如何交流 : 

-- JNI规范 : C语言与Java语言交流需要一个适配器, 中间件, 即 JNI, JNI提供了一种规范; 

-- C语言中调用Java方法 : 可以让我们在C代码中找到Java代码class中的方法, 并且调用该方法; 

-- Java语言中调用C语言方法 : 同时也可以在Java代码中, 将一个C语言的方法映射到Java的某个方法上; 

-- JNI桥梁作用 : JNI提供了一个桥梁, 打通了C语言和Java语言之间的障碍;

JNI中的一些概念 : 

-- native : Java语言中修饰本地方法的修饰符, 被该修饰符修饰的方法没有方法体;

-- Native方法 : 在Java语言中被native关键字修饰的方法是Native方法;

-- JNI层 : Java声明Native方法的部分;

-- JNI函数 : JNIEnv提供的函数, 这些函数在jni.h中进行定义;

-- JNI方法 : Native方法对应的JNI层实现的 C/C++方法, 即在jni目录中实现的那些C语言代码;

2. Android中的应用程序框架

正常情况下的Android框架 : 最顶层是Android的应用程序代码, 上层的应用层 和 应用框架层 主要是Java代码, 中间有一层的Framework框架层代码是 C/C++代码, 通过Framework进行系统调用, 调用底层的库 和linux 内核;

使用JNI时的Android框架 : 绕过Framework提供的调用底层的代码, 直接调用自己写的C代码, 该代码最终会编译成为一个库, 这个库通过JNI提供的一个Stable的ABI 调用linux kernel;ABI是二进制程序接口 application binary interface.

纽带 : JNI是连接框架层 (Framework - C/C++) 和应用框架层(Application Framework - Java)的纽带;

JNI在Android中作用 : JNI可以调用本地代码库(即C/C++代码), 并通过 Dalvik虚拟机 与应用层 和 应用框架层进行交互, Android中JNI代码主要位于应用层 和 应用框架层;

-- 应用层 : 该层是由JNI开发, 主要使用标准JNI编程模型;

-- 应用框架层 : 使用的是Android中自定义的一套JNI编程模型, 该自定义的JNI编程模型弥补了标准JNI编程模型的不足;

Android中JNI源码位置 : 在应用框架层中, 主要的JNI代码位于 framework/base目录下, 这些模块被编译成共享库之后放在 /system/lib 目录下;

NDK与JNI区别 : 

-- NDK: NDK是Google开发的一套开发和编译工具集, 主要用于Android的JNI开发;

-- JNI : JNI是一套编程接口, 用来实现Java代码与本地的C/C++代码进行交互;

JNI编程步骤: 

-- 声明native方法 : 在Java代码中声明 native method()方法;

-- 实现JNI的C/C++方法 : 在JNI层实现Java中声明的native方法, 这里使用javah工具生成带方法签名的头文件, 该JNI层的C/C++代码将被编译成动态库;

-- 加载动态库 : 在Java代码中的静态代码块中加载JNI编译后的动态共享库;

.

3. JNI作用

JNI作用 : 

-- 扩展: JNI扩展了JVM能力, 驱动开发, 例如开发一个wifi驱动, 可以将手机设置为无限路由;

-- 高效 : 本地代码效率高, 游戏渲染, 音频视频处理等方面使用JNI调用本地代码, C语言可以灵活操作内存;

-- 复用 : 在文件压缩算法 7zip开源代码库, 机器视觉 openCV开放算法库 等方面可以复用C平台上的代码, 不必在开发一套完整的Java体系, 避免重复发明轮子;

-- 特殊 : 产品的核心技术一般也采用JNI开发, 不易破解;

Java语言执行流程 : 

-- 编译字节码 : Java编译器编译 .java源文件, 获得.class 字节码文件;

-- 装载类库 : 使用类装载器装载平台上的Java类库, 并进行字节码验证;

-- Java虚拟机 : 将字节码加入到JVM中, Java解释器 和 即时编译器 同时处理字节码文件, 将处理后的结果放入运行时系统;

-- 调用JVM所在平台类库 : JVM处理字节码后, 转换成相应平台的操作, 调用本平台底层类库进行相关处理;

Java一次编译到处执行 : JVM在不同的操作系统都有实现, Java可以一次编译到处运行, 字节码文件一旦编译好了, 可以放在任何平台的虚拟机上运行;

.

二. NDK详解

1. 交叉编译库文件

C代码执行 : C代码被编译成库文件之后, 才能执行, 库文件分为动态库 和静态库 两种;

-- 动态库 : unix环境下.so 后缀的是动态库, windows环境下.dll 后缀的是动态库; 动态库可以依赖静态库加载一些可执行的C代码;

-- 静态库 :.a 后缀是静态库的扩展名;

库文件来源 : C代码 进行 编译 链接操作之后, 才会生成库文件, 不同类型的CPU 操作系统 生成的库文件是不一样;

-- CPU分类 : arm结构, 嵌入式设备处理器; x86结构, pc 服务器处理器; 不同的CPU指令集不同;

-- 交叉编译 :windows x86编译出来的库文件可以在arm平台运行的代码;

-- 交叉编译工具链 : Google提供的 NDK 就是交叉编译工具链, 可以在linux环境下编译出在arn平台下执行的二进制库文件;

NDK作用 : 是Google提供了交叉编译工具链, 能够在linux平台编译出在arm平台下执行的二进制库文件;

NDK版本介绍 : android-ndk-windows 是在windows系统中的cygwin使用的, android-ndk-linux 是在linux下使用的;

2. 部署NDK开发环境

(1) 下载Cygwin安装器

下载地址 : https://cygwin.com/setup-x86.exe , 这是下载器, 可以使用该下载器在线安装, 也可以将cygwin下载到本地之后, 在进行安装;

安装器使用 : Cygwin的下载, 在线安装, 卸载 等操作都有由该安装器进行;

-- 本地文件安装 : 选择安装文件所在的目录, 然后选择所要安装的安装包;

-- 在线安装 : 选择在线安装即可, 然后选择需要的安装包;

-- 卸载 : windows上使用其它软件例如360, 控制面板中是无法卸载Cygwin的, 只能通过安装器来卸载;

(2) 安装Cygin

双击安装器 setup-x86.exe 下一步 : 

选择安装方式 : 

-- 在线安装 : 直接下载, 然后安装;

-- 下载安装文件 : 将安装文件下载下来, 可以随时安装, 注意安装文件也需要安装器来进行安装;

-- 从本地文件安装 : 即使用下载的安装文件进行安装;

选择Cygwin安装位置 : 

选择下载好安装文件位置 : 之前我下了一个完全版的Cygwin, 包括了所有的Cygwin组件, 全部加起来有5.23G, 下载速度很快, 使用网易的镜像, 基本可以全速下载;

选择需要安装Cygwin组件 : 这里我们只需要以下组件 : binutils , gcc , gcc-mingw , gdb , make , 不用下全部的组件;

之后点击下一步等待完成安装即可;

.

安装完之后, 打开bash命令窗口, 可以设置下显示的字体, 使用 make -version 查看是否安装成功 : 

(3) Cygwin目录介绍

以下是Cygwin安装目录的情况 : 该安装目录就是所模拟的linux 的根目录;

对应的linux目录 : 这两个目录进行对比发现, 两个目录是一样的, Cygwin的安装目录就是 linux根目录;

cygdrive目录 : 该目录是Cygwin模拟出来的windows目录结构, 进入该目录后, 会发现windows的盘符目录, 通过该目录可以访问windows中的文件;

(4) 下载NDK工具 

从Google的Android开发者官网上下载该工具, 注意NDK工具分类 : 下载地址 -https://developer.android.com/tools/sdk/ndk/index.html -;

-- windows版本NDK:android-ndk-r9c-windows-x86.zip (32位),android-ndk-r9c-windows-x86_64.zip (64位) 该版本是用在windows上的Cygwin下, 不能直接在windows上直接运行;

-- linux版本NDK :android-ndk-r9c-linux-x86.tar.bz2(32位) , android-ndk-r9c-linux-x86_64.tar.bz2 (64位) , 该版本直接在linux下执行即可;

在这里下载windows版本的NDK, 运行在Cygwin上;

(4) NDK环境介绍

NDK工具的文件结构 : 

ndk-build脚本 : NDK build 脚本是 gun-make 的简单封装, gun-make 是编译C语言代码的工具, 该脚本执行的前提是linux环境下必须安装 make 程序;

NDK安装在Cygwin中 : 将NDK压缩文件拷贝到Cygwin的根目录中, 解压 : android-ndk-r9c 目录就是NDK目录;

执行以下NDK目录下的 ndk-build 命令 : ./ndk-build ;

执行结果 :

[plain] view plaincopy

1. <span >Android NDK: Could not find application project directory !  
2. Android NDK: Please define the NDK_PROJECT_PATH variable to point to it.  
3. /android-ndk-r9c/build/core/build-local.mk:148: *** Android NDK: Aborting    。 停止。</span>  

三. 开发第一个NDK程序

1. 开发NDK程序流程

a. 创建Android工程: 

首选创建一个Android工程, 在这个工程中进行JNI开发;

b. 声明native方法 : 

注意方法名使用 native 修饰, 没有方法体 和 参数, eg : public native String helloFromJNI();

c. 创建C文件 : 

在工程根目录下创建 jni 目录, 然后创建一个c语言源文件, 在文件中引入 include <jni.h> , C语言方法声明格式 jstring Java_shuliang.han.ndkhelloworld_MainActivity_helloFromJNI(JNIEnv *env) , jstring 是 Java语言中的String类型, 方法名格式为 : Java_完整包名类名_方法名();

-- JNIEnv参数 : 代表的是Java环境, 通过这个环境可以调用Java里面的方法;

-- jobject参数 : 调用C语言方法的对象, thiz对象表示当前的对象, 即调用JNI方法所在的类;

d. 编写Android.mk文件 : 

如何写 查看文档, NDK根目录下有一个 documentation.html 文档, 点击该html文件就可以查看文档, 查看 Android.mk File 文档, 下面是该文档给出的 Android.mk示例 : 

[plain] view plaincopy

1. LOCAL_PATH := $(call my-dir)  
2.   
3. include $(CLEAR_VARS)  
4.   
5. LOCAL_MODULE    := hello-jni  
6. LOCAL_SRC_FILES := hello-jni.c  
7.   
8. include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)  

-- include $(CLEAR_VARS) : 编译工具函数, 通过该函数可以进行一些初始化操作;

-- LOCAL_MODULE : 编译后的 .so 后缀文件叫什么名字;

-- LOCAL_SRC_FILES: 指定编译的源文件名称;

-- include $(BUILD_SHARED_LIBRARY) : 告诉编译器需要生成动态库;

e. NDK编译生成动态库 : 

进入 cygdrive 找到windows目录下对应的文件, 编译完成之后, 会自动生成so文件并放在libs目录下, 之后就可以在Java中调用C语言方法了;

f. Java中加载动态库 : 

在Java类中的静态代码块中使用System.LoadLibrary()方法加载编译好的 .so 动态库;

NDK平台版本 : NDK脚本随着 android-sdk 版本不同, 执行的脚本也是不同的, 不同平台会引用不同的头文件, 编译的时候一定注意 sdk 与 ndk 版本要一致;

so文件在内存中位置 : apk文件安装到手机上之后, .so动态库文件存在在 data/安装目录/libs 目录下;

2. 开发实例

(1) 创建Android工程

[html] view plaincopy

1. <uses-sdk  
2.     android:minSdkVersion="7"  
3.     android:targetSdkVersion="10" />  

      

(2) 声明native方法

[java] view plaincopy

1. /* 
2.  * 声明一个native方法 
3.  * 这个方法在Java中是没有实现的, 没有方法体 
4.  * 该方法需要使用C语言编写 
5.  */  
6. public native String helloFromJNI();  

.

作者 : 万境绝尘 

转载请注明出处 : https://blog.csdn.net/shulianghan/article/details/18964835

.

(3) 创建C文件

[cpp] view plaincopy

1. jstring     (*NewString)(JNIEnv*, const jchar*, jsize);  
2. jsize       (*GetStringLength)(JNIEnv*, jstring);  
3. const jchar* (*GetStringChars)(JNIEnv*, jstring, jboolean*);  
4. void        (*ReleaseStringChars)(JNIEnv*, jstring, const jchar*);  
5. jstring     (*NewStringUTF)(JNIEnv*, const char*);  
6. jsize       (*GetStringUTFLength)(JNIEnv*, jstring);  

[cpp] view plaincopy

1. #include <jni.h>  
2.   
3. /* 
4.  * 方法名称规定 : Java_完整包名类名_方法名() 
5.  * JNIEnv 指针 
6.  * 
7.  * 参数介绍 : 
8.  * env : 代表Java环境, 通过这个环境可以调用Java中的方法 
9.  * thiz : 代表调用JNI方法的对象, 即MainActivity对象 
10.  */  
11. jstring Java_shuliang_han_ndkhelloworld_MainActivity_helloFromJNI(JNIEnv *env, jobject thiz)  
12. {  
13.     /* 
14.      * 调用 android-ndk-r9c\platforms\android-8\arch-arm\usr\include 中jni.h中的方法 
15.      * jni.h 中定义的方法  jstring (*NewStringUTF)(JNIEnv*, const char*);  
16.      */  
17.     return (*env)->NewStringUTF(env, "hello world jni");  
18. }  

(4) 编写Android.mk文件

[plain] view plaincopy

1. LOCAL_PATH := $(call my-dir)  
2.   
3. include $(CLEAR_VARS)  
4.   
5. LOCAL_MODULE    := hello  
6. LOCAL_SRC_FILES := hello.c  
7.   
8. include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)  

(5) 编译NDK动态库

(6) Java中加载动态库

[java] view plaincopy

1. //静态代码块加载C语言库文件  
2. static{  
3.     System.loadLibrary("hello");  
4. }  

(7) 其它源码

[java] view plaincopy

1. package shuliang.han.ndkhelloworld;  
2.   
3. import android.app.Activity;  
4. import android.os.Bundle;  
5. import android.view.View;  
6. import android.widget.Toast;  
7.   
8. public class MainActivity extends Activity {  
9.   
10.     //静态代码块加载C语言库文件  
11.     static{  
12.         System.loadLibrary("hello");  
13.     }  
14.       
15.     /* 
16.      * 声明一个native方法 
17.      * 这个方法在Java中是没有实现的, 没有方法体 
18.      * 该方法需要使用C语言编写 
19.      */  
20.     public native String helloFromJNI();  
21.       
22.     @Override  
23.     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
24.         super.onCreate(savedInstanceState);  
25.         setContentView(R.layout.activity_main);  
26.         System.out.println(helloFromJNI());  
27.     }  
28.   
29.     public void onClick(View view) {  
30.         //点击按钮显示从jni调用得到的字符串信息  
31.         Toast.makeText(getApplicationContext(), helloFromJNI(), 1).show();  
32.     }  
33.       
34. }  

XML布局文件 : 

[html] view plaincopy

1. <RelativeLayout xmlns:android="https://schemas.android.com/apk/res/android"  
2.     xmlns:tools="https://schemas.android.com/tools"  
3.     android:layout_width="match_parent"  
4.     android:layout_height="match_parent"  
5.     android:paddingBottom="@dimen/activity_vertical_margin"  
6.     android:paddingLeft="@dimen/activity_horizontal_margin"  
7.     android:paddingRight="@dimen/activity_horizontal_margin"  
8.     android:paddingTop="@dimen/activity_vertical_margin"  
9.     tools:context=".MainActivity" >  
10.   
11.     <Button  
12.         android:id="@+id/bt"  
13.         android:layout_width="wrap_content"  
14.         android:layout_height="wrap_content"  
15.         android:onClick="onClick"  
16.         android:text="显示JNI返回的字符串" />  
17.   
18. </RelativeLayout>  

(8) 将源码上传到GitHub中

生成的命令 : 

[plain] view plaincopy

1. touch README.md  
2. git init  
3. git add README.md  
4. git commit -m "first commit"  
5. git remote add origin git@github.com:han1202012/NDKHelloworld.git  
6. git push -u origin master  

打开 Git Bash 命令行窗口 : 

-- 查看状态 : git status ;

-- 提交到远程GitHub仓库 : git push -u origin master ;

3. 项目讲解

(1) Android.mk文件讲解

[plain] view plaincopy

1. LOCAL_PATH := $(call my-dir)  
2.   
3. include $(CLEAR_VARS)  
4.   
5. LOCAL_MODULE    := hello  
6. LOCAL_SRC_FILES := hello.c  
7.   
8. include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)  

获取当前文件内容 : $(call my-dir) 是编译器中的宏方法, 调用该宏方法, 就会返回前的目录路径; 

赋值符号 : " := " 是赋值符号, 第一句话 是 返回当前文件所在的当前目录, 并将这个目录路径赋值给 LOCAL_PATH;

初始化编译模块参数 : $(CLEAR_VARS) 作用是将编译模块的参数初始化, LOCAL_MODULE LOCAL_SRC_FILES 也是这样的参数;

指定编译模块 : LOCAL_MODULE    := hello , 指定编译后的 so 文件名称, 编译好之后系统会在该名称前面加上 "lib", 后缀加上 ".so";

(2) 自动生成方法签名

[cpp] view plaincopy

1. /* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */  
2. #include <jni.h>  
3. /* Header for class shuliang_han_ndkparameterpassing_DataProvider */  
4.   
5. #ifndef _Included_shuliang_han_ndkparameterpassing_DataProvider  
6. #define _Included_shuliang_han_ndkparameterpassing_DataProvider  
7. #ifdef __cplusplus  
8. extern "C" {  
9. #endif  
10. /* 
11.  * Class:     shuliang_han_ndkparameterpassing_DataProvider 
12.  * Method:    add 
13.  * Signature: (II)I 
14.  */  
15. JNIEXPORT jint JNICALL Java_shuliang_han_ndkparameterpassing_DataProvider_add  
16.   (JNIEnv *, jobject, jint, jint);  
17.   
18. /* 
19.  * Class:     shuliang_han_ndkparameterpassing_DataProvider 
20.  * Method:    sayHelloInc 
21.  * Signature: (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String; 
22.  */  
23. JNIEXPORT jstring JNICALL Java_shuliang_han_ndkparameterpassing_DataProvider_sayHelloInc  
24.   (JNIEnv *, jobject, jstring);  
25.   
26. /* 
27.  * Class:     shuliang_han_ndkparameterpassing_DataProvider 
28.  * Method:    intMethod 
29.  * Signature: ([I)[I 
30.  */  
31. JNIEXPORT jintArray JNICALL Java_shuliang_han_ndkparameterpassing_DataProvider_intMethod  
32.   (JNIEnv *, jobject, jintArray);  
33.   
34. #ifdef __cplusplus  
35. }  
36. #endif  
37. #endif  

(3) NDK开发中乱码问题

[cpp] view plaincopy

1. #include <jni.h>  
2.   
3. /* 
4.  * 方法名称规定 : Java_完整包名类名_方法名() 
5.  * JNIEnv 指针 
6.  * 
7.  * 参数介绍 : 
8.  * env : 代表Java环境, 通过这个环境可以调用Java中的方法 
9.  * thiz : 代表调用JNI方法的对象, 即MainActivity对象 
10.  */  
11. jstring Java_shuliang_han_ndkhelloworld_MainActivity_helloFromJNI(JNIEnv *env, jobject thiz)  
12. {  
13.     /* 
14.      * 调用 android-ndk-r9c\platforms\android-8\arch-arm\usr\include 中jni.h中的方法 
15.      * jni.h 中定义的方法  jstring (*NewStringUTF)(JNIEnv*, const char*); 
16.      */  
17.     return (*env)->NewStringUTF(env, "hello world jni 中文");  
18. }  

使用NDK重新编译hello.c文件 : 修改了C源码之后, 重新将该c文件编译成so文件;

[java] view plaincopy

1. 01-31 14:36:04.803: W/dalvikvm(389): JNI WARNING: illegal continuation byte 0xd0  
2. 01-31 14:最后更新：2017-04-03 12:55:22

     上一篇： Eclipse打包工具 Fatjar clipse插件安装方法 如何使用fat打包运行

     下一篇： Java ???????????? ??????????????? ??? ?????????Adapter?????? (???)-??????-????????????-?????????

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