Cache Fields and Method IDs for Efficient Android C++ JNI Calls

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在 Android 开发中，JNI（Java Native Interface）是提高程序性能和灵活性的重要工具。它允许应用程序与本地 Java 代码进行通信，从而实现跨平台的 C /C++ 调用。然而，JNI 在处理大量数据、复杂的业务逻辑或需要频繁调用的方法时可能会遇到性能问题。一种解决策略是使用 Cache Fields and Method IDs 来优化 JNI 调用。

Cache Fields 和 Method IDs 简介

Cache Fields 和 Method IDs 是一种技术，允许应用程序管理 Java 方法的调用，以便快速访问特定的方法并减少重复调用。它通过将本地方法调用与 Java 方法的名称关联起来，并在后续需要时直接引用这些名称来实现这一点。这种方法可以提高性能，因为 JNI 不再需要执行整个方法的调用，而是可以立即返回结果。

如何使用 Cache Fields 和 Method IDs

1. 定义缓存字段 : 当应用程序首次调用本地方法后，它会将方法名和其参数值存储在内存中作为缓存。这些信息用于后续的相同请求。这种方法类似于 Java 中的类加载机制，但适用于 C /C++ 代码。

“`c++
// 定义一个名为 ’CacheField’ 的结构体
struct CacheField {
char fieldName;
char* fieldParams;
};

// 在应用程序中定义并初始化缓存字段
void CacheFieldInitialize() {
// 假设当前方法调用了 ‘myMethod’
const char methodName = “myMethod”;
const int params = 1, 2, 3; // 注意：这仅用于示例，实际情况下参数应由应用程序提供

CacheField cacheField;
cacheField.fieldName = strdup(methodName);
if (!cacheField.fieldName) {fprintf(stderr, "Error: Failed to get cache field name\n");
    exit(1);
}
cacheField.fieldParams[0] = strdup(strcat("(", params, ")"));
if (!cacheField.fieldParams[0]) {fprintf(stderr, "Error: Failed to get cache field parameters\n");
    exit(1);
}

// 将缓存字段提供给 JNI
jerry_set_local_field(jEnv, "myCacheField", (jobject*) &cacheField);

}
“`

1. 调用本地方法 : 当需要执行本地操作时，应用程序通过引用缓存的名称来获取相应的方法。这种方法可以减少 JVM 对底层 Java 方法的调用次数。

“`c++
// 在 JNI 中调用本地方法
void NativeFunction() {
jobject cacheField = (jobject) jerry_get_local_field(jEnv, “myCacheField”, NULL);
if (!cacheField) {
printf(“Error: Cannot get local field\n”);
return;
}

// 通过引用获取的缓存字段调用本地方法
int result = myMethod((const void*) cacheField);

// 等待 JVM 执行回调

}
“`

如何实现 Cache Fields 和 Method IDs

要实现 Cache Fields 和 Method IDs，你可以使用以下步骤：

1. 定义本地方法 : 编写一个或多个本地方法来调用应用程序的其他部分。这些方法应该将所有参数作为整数传递。

c++
// 创建一个名为 'NativeFunction' 的方法
void NativeFunction() {
// 调用其他方法，传入相应的数据
}

1. 定义 JNI 接口 : 使用 Java 库创建一个或多个 JNI 接口来调用本地函数。这些接口应具有适当的签名和参数类型。

“`java
public class MyNativeMethods extends JavaInterfaceBase {
public native void NativeFunction(int arg1, int arg2);

public native void myMethod(int arg1, int arg2);

}
“`

1. 实现 Cache Fields: 在 JNI 中，创建一个或多个缓存字段结构体来管理调用的本地方法。每个方法应具有一个名称和相应的参数。

“`java
public class MyNativeMethods extends JavaInterfaceBase {
public native void NativeFunction(int arg1, int arg2);

private static CacheField myMethodCacheField;
public static CacheField getMyMethodCacheField() {if (myMethodCacheField == null) {
        // 假设方法调用返回了 'arg1', 'arg2'
        myMethodCacheField = new CacheField("myMethod", &arg1, &arg2);
    }
    return myMethodCacheField;
}

public native void myMethod(int arg1, int arg2);

public static void setMyMethodCacheField(CacheField field) {if (getMyMethodCacheField() != null && getMyMethodCacheField().fieldName != null &&
            getMyMethodCacheField().fieldParams[0] != null) {// 检查缓存字段的名称和参数是否匹配}
}

public static void myMethod(int arg1, int arg2) {setMyMethodCacheField(new CacheField("myMethod", &arg1, &arg2));
    NativeFunction(arg1, arg2);
}

}
“`

使用 Cache Fields 和 Method IDs 的性能提升

使用 Cache Fields 和 Method IDs 可以显著提高 JNI 调用的效率。这主要通过以下几个方面实现：

• 减少 JVM 调用次数 : 与直接执行方法调用相比，直接引用缓存字段调用本地方法减少了对底层 Java 方法的调用。因此，应用程序可以获得比直接调用更多的执行机会。
• 简化和优化代码 : 使用 Cache Fields 和 Method IDs 可以编写更简洁的 C /C++ 代码，因为它们提供了一种管理调用的方法名和参数的简单方式。
• 提高可移植性 : 通过将本地方法的调用与 Java 方法关联起来，应用程序可以在不同平台上实现一致的行为。这有助于降低跨平台开发的风险。

结论

使用 Cache Fields 和 Method IDs 是优化 Android C/C++ JNI 调用性能的有效策略。它允许应用程序处理大量数据、复杂的业务逻辑或需要频繁调用的方法时，提高其整体性能。虽然这种方法可能会增加一些学习曲线，但对开发者来说是一个值得投资的技术提升机会。