目录介绍
01.学习JNI开发流程
- 1.1 JNI开发概念
- 1.2 JNI和NDK的关系
- 1.3 JNI实际步骤
- 1.4 NDK应用场景
- 1.5 学习路线阐明
02.NDK架构分层
- 2.1 NDK分层构建层
- 2.2 NDK分层Java层
- 2.3 Native层
03.JNI根底语法
- 3.1 JNI三种援用
- 3.2 JNI异样解决
- 3.3 C和C++相互调用
- 3.4 JNI外围原理
- 3.5 注册Native函数
- 3.6 JNI签名是什么
04.一些必备操作
- 4.1 so库生成打包
- 4.2 so库查问操作
- 4.3 so库如何反编译
05.实际几个案例
- 5.1 Java动态调用C/C++
- 5.2 C/C++调用Java
- 5.3 Java调三方so中API
- 5.4 Java动静调C++
06.一些技术原理
- 6.1 JNIEnv创立和开释
- 6.2 动静注册的原理
- 6.3 注册JNI流程图
07.JNI遇到的问题
- 7.1 混同的bug
- 7.2 留神字符串编译
01.学习JNI开发流程
1.1 JNI开发概念
.SO库是什么货色
- NDK为了方便使用，提供了一些脚本，使得更容易的编译C/C++代码。在Android程序编译中会将C/C++ 编译成动静库 so 文件，相似java库.jar文件一样，它的生成须要应用NDK工具来打包。
- so是shared object的缩写，见名思义就是共享的对象，机器能够间接运行的二进制代码。本质so文件就是一堆C、C++的头文件和实现文件打包成一个库。
JNI是什么货色
- JNI的全称是Java Native Interface，即本地Java接口。因为 Java 具备跨平台的特点，所以Java 与 本地代码交互的能力十分弱。
- 采纳JNI个性能够加强 Java 与本地代码交互的能力，使Java和其余类型的语言如C++/C可能相互调用。
1.2 JNI和NDK的关系
JNI和NDK学习内容太难
- 其实难的不是JNI和NDK，而是C/C++语言，JNI和NDK只是个工具，很容易学习的。
JNI和NDK有何分割
- 学习JNI之前，首先得先晓得JNI、NDK、Java和C/C++之间的关系。
- 在Android开发中，有时为了性能和安全性（反编译），须要应用C/C++语言，然而Android APP层用的是Java语言，怎么能力让这两种语言进行交换呢，因为他们的编码方式是不一样的，这是就须要JNI了。
- JNI能够被看作是代理模式，JNI是java接口，用于Java与C/C++之间的交互，作为两者的桥梁，也就是Java让JNI代其与C/C++沟通。
- NDK是Android工具开发包，帮忙疾速开发C/C++动静库，相当于JDK开发java程序一样，同时能帮打包生成.so库
1.3 JNI实际步骤
操作实际步骤
- 第一步，编写native办法。
- 第二步，依据此native办法编写C文件。
- 第三步，应用NDK打包成.so库。
- 第四步，应用.so库而后调用api。
如何应用NDK打包.so库
- 1，编写Android.mk文件，此文件用来告知NDK打包.so库的规定
- 2，应用ndk-build打包.so库
相干学习文档
- NDK学习：https://developer.android.google.cn/ndk/guides?hl=zh-cn
1.4 NDK应用场景
NDK的应用场景个别在：
- 1.为了晋升这些模块的性能，对图形，视频，音频等计算密集型利用，将简单模块计算封装在.so或者.a文件中解决。
- 2.应用的是C/C++进行编写的第三方库移植。如ffmppeg，OpenGl等。
- 3.某些状况下为了进步数据安全性，也会封装so来实现。毕竟应用纯Java开发的app是有很多逆向工具能够破解的。
1.5 学习路线阐明
JNI学习路线介绍
- 1.首先要有点C/C++的根底，这个我是在 菜鸟教程 上学习的
- 2.了解NDK和JNI的一些概念，以及NDK的一个大略的架构分层，JNI的开发步骤是怎么的
- 3.把握案例练习，后期先写案例，比方java调用c/c++，或者c/c++调用java。把这个案例写熟，跑通即可
- 4.案例练习之后，而后在思考NDK是怎么编译的，如何打包so文件，loadLibrary的流程，CMake工作流程等一些根底的原理
- 5.在实际过程中，先记录遇到的问题。这时候可能不肯定懂，先放着，先实现案例或者简略的业务。而后边实际边推敲问题和背地的原理
注意事项介绍
- 防止一开始就钻研原理，或者把C/C++整体学习一遍，那样会比拟辛苦。焦点先放在JNI通信流程上，写案例学习
- 把学习内容，分为几个不同类型：理解(可能扯淡)，了解(大略晓得什么意思)，把握(可能使用和实际)，精通(能触类旁通和分享讲清楚)
02.NDK架构分层
- 应用NDK开发最终目标是为了将C/C++代码编译生成.so动静库或者动态库文件，并将库文件提供给Java代码调用。
所以按架构来分能够分为以下三层：
- 1.构建层
- 2.Java层
- 3.native层
2.1 NDK分层构建层
要失去指标的so文件，须要有个构建环境以及过程，将这个过程和环境称为构建层。
- 构建层须要将C/C++代码编译为动静库so，那么这个编译的过程就须要一个构建工具，构建工具依照开发者指定的规定形式来构建库文件，相似apk的Gradle构建过程。
在解说NDK构建工具之前，咱们先来理解一些对于CPU架构的知识点：Android abi
- ABI即Application Binary Interface，定义了二进制接口交互规定，以适应不同的CPU，一个ABI对应一种类型的CPU。
Android目前反对以下7种ABI：
- 1.armeabi：第5代和6代的ARM处理器，晚期手机用的比拟多。
- 2.armeabi-v7a:第7代及以上的 ARM 处理器。
- 3.arm64-v8a:第8代，64位ARM处理器
- 4.x86:个别用在平板，模拟器。
- 5.x86_64:64位平板。
惯例的NDK构建工具有两种：
- 1.ndk-build：
- 2.Cmake
ndk-build其实就是一个脚本。晚期的NDK开发始终都是应用这种模式
- 运行ndk-build相当于运行一下命令：$GNUMAKE -f <ndk>/build/core/build-local.mk
- $GNUMAKE 指向 GNU Make 3.81 或更高版本，<ndk> 则指向 NDK 装置目录
- 应用ndk-build须要配合两个mk文件：Android.mk和Application.mk。
Cmake是一个编译系统的生成器
- 简略了解就是，他是用来生成makefile文件的，Android.mk其实就是一个makefile类文件，cmake应用一个CmakeLists.txt的配置文件来生成对应的makefile文件。
- Cmake构建so的过程其实包含两步：步骤1：应用Cmake生成编译的makefiles文件；步骤2：应用Make工具对步骤1中的makefiles文件进行编译为库或者可执行文件。
- Cmake劣势在哪里呢？在生成makefile过程中会主动剖析源代码，创立一个组件之间依赖的关系树，这样就能够大大缩减在make编译阶段的工夫。
Cmake构建我的项目配置
- 应用Cmake进行构建须要在build.gradle配置文件中申明externalNativeBuild
2.2 NDK分层Java层
如何抉择正确的so库呢
- 通常状况下，咱们在编译so的时候就须要确定本人设施类型，依据设施类型抉择对应abiFilters。
- 留神：应用as编译后的so会主动打包到apk中，如果须要提供给第三方应用，能够到build/intermediates/cmake/debug or release 目录中copy进去。
Java层如何调用so文件中的函数
对于Android下层代码来说，在将包正确导入到我的项目中后，只须要一行代码就能够实现动静库的加载过程。有两种形式：
System.load("/data/local/tmp/native_lib.so"); System.loadLibrary("native_lib");- 1.加载门路不同：load是加载so的残缺门路，而loadLibrary是加载so的名称，而后加上前缀lib和后缀.so去默认目录下查找。
- 2.主动加载库的依赖库的不同：load不会主动加载依赖库；而loadLibrary会主动加载依赖库。
无论哪种形式，最终都会调用到LoadNativeLibrary()办法，该办法次要操作：
- 1.通过dlopen关上动静库文件
- 2.通过dlsym找到JNI_OnLoad符号所对应的办法地址
- 3.通过JNI_OnLoad去注册对应的jni办法
2.3 Native层
如何了解JNI的设计思维
- JNI（全名Java Native Interface）Java native接口，其能够让一个运行在Java虚拟机中的Java代码被调用或者调用native层的用C/C++编写的基于本机硬件和操作系统的程序。简略了解为就是一个连贯Java层和Native层的桥梁。
- 开发者能够在native层通过JNI调用到Java层的代码，也能够在Java层申明native办法的调用入口。
JNI注册形式
- 当Java代码中执行Native的代码的时候，首先是通过肯定的办法来找到这些native办法。JNI有动态注册和动静注册两种注册形式。
- 动态注册先由Java失去本地办法的申明，而后再通过JNI实现该申明办法。动静注册先通过JNI重载JNI_OnLoad()实现本地办法，而后间接在Java中调用本地办法。
03.JNI根底语法
3.1 JNI三种援用
在JNI标准中定义了三种援用：
- 部分援用（Local Reference）、全局援用（Global Reference）、弱全局援用（Weak Global Reference）。
Local援用
- JNI中应用 jobject, jclass, and jstring等来标记一个Java对象，然而在JNI办法在应用的过程中会创立很多援用类型，如果应用过程中不留神就会导致内存泄露。
- 间接应用：NewLocalRef来创立。Local援用其实就是Java中的部分援用，在申明这个局部变量的办法完结或者退出其作用域后就会被GC回收。
Global援用全局援用
- 全局援用能够跨办法、跨线程应用，直到被开发者显式开释。一个全局援用在被开释前保障援用对象不被GC回收。
- 和部分利用不同的是，能创立全局援用的函数只有NewGlobalRef，而开释它须要应用ReleaseGlobalRef函数。
Weak援用
- 弱援用能够应用全局申明的形式。弱援用在内存不足或者缓和的时候会主动回收掉，可能会呈现短暂的内存泄露，然而不会呈现内存溢出的状况。
3.2 JNI异样解决
native层异样
- 解决形式1：native层自行处理
- 解决形式2：native层抛出给Java层解决
3.4 JNI外围原理
java运行在jvm，jvm自身就是应用C/C++编写的，因而jni只须要在java代码、jvm、C/C++代码之间做切换即可
JNIEnv是什么？
- JINEnv是以后Java线程的执行环境，一个JVM对应一个JavaVM构造体，一个JVM中可能创立多个Java线程，每个线程对应一个JNIEnv构造，它们保留在线程本地存储TLS中。
- 因而不同的线程JNIEnv不同，而不能互相共享应用。 JavaEnv构造也是一个函数表，在本地代码通过JNIEnv函数表来操作Java数据或者调用Java办法。
3.5 注册Native函数
JNI动态注册：
- 步骤1.在Java中申明native办法，比方：public native String stringFromJNI()
- 步骤2.在native层新建一个C/C++文件,并创立对应的办法(倡议应用AS快捷键主动生成函数名)，比方：testjnilib.cpp: Line 8
JNI动静注册
- 通过RegisterNatives办法把C/C++中的办法映射到Java中的native办法，而无需遵循特定的办法命名格局，这样书写起来会省事很多。
- 动静注册其实就是应用到了后面剖析的so加载原理：在最初一步的JNI_OnLoad中注册对应的jni办法。这样在类加载的过程中就能够主动注册native函数。比方：
- 与JNI_OnLoad()函数绝对应的有JNI_OnUnload()函数，当虚拟机开释该C库的时候，则会调用JNI_OnUnload()函数来进行善后革除工作。
那么如何抉择应用动态注册or动静注册
- 动静注册和动态注册最终都能够将native办法注册到虚拟机中，举荐应用动静注册，更不容易写错，动态注册每次减少一个新的办法都须要查看原函数类的包名。
3.6 JNI签名是什么
为什么JNI中忽然多出了一个概念叫”签名”：
- 因为Java是反对函数重载的，也就是说，能够定义雷同办法名，然而不同参数的办法，而后Java依据其不同的参数，找到其对应的实现的办法。
- 这样是很好，所以说JNI必定要反对的，如果仅仅是依据函数名，没有方法找到重载的函数的，所以为了解决这个问题，JNI就衍生了一个概念——”签名”，行将参数类型和返回值类型的组合。
- 如果领有一个该函数的签名信息和这个函数的函数名，就能够程序的找到对应的Java层中的函数。
如何查看签名呢：能够应用javap命令。
- javap -s -p MainActivity.class
04.一些必备操作
4.1 so库生成打包
什么是so文件库
- so库，行将C或者C++实现的性能进行打包，将其打包为共享库，让其余程序进行调用，这能够进步代码的复用性。
对于.so文件的生成有两种形式
- 能够提供给大家参考，一种是CMake主动生成法，另一种是传统打包法。
so文件在程序运行时就会加载
- 所以想应用Java调用.so文件，必有某个Java类运行时load了native库，并通过JNI调用了它的办法。
cmake生成.so计划
- 第一步：创立native C++ Project我的项目，创立native函数并实现，先测试本地JNI函数调通
- 第二步：获取.so文件。将生成的.apk文件改为.zip文件，而后进行解压缩，就能看到.so文件。如果想反对多种库架构，则可在module的build.gradle中配置ndk反对。
- 第三步：so文件测试。新建一个一般的Android程序，将so库放入程序，而后创立类(留神要雷同的包名、文件名及办法名)去加载so库。
- 总结一下：Android Studio主动创立的native C++我的项目默认反对CMake形式，它反对JNI函数调用的入口在build.gradle中。
传统打包生成.so计划【不举荐这种形式】
- 第一步：在Java类中申明一个本地办法。
- 第二步：执行指令javah取得C申明的.h文件。
- 第三步：取得.c文件并实现本地办法。创立Android.mk和Application.mk，并配置其参数，两个文件如不编写或编写失常会呈现报错。
- 第四步：打包.so库。cd到\app目录下，执行命令 ndk-build即可。生成so库后，最初测试ok即可。
4.2 so库查问操作
so库如何查找所对应的地位
- 第一步：在 app 模块的 build.gradle 中，追加以下代码：
- 第二步：执行命令行：./gradlew assembleDebug 【留神如果遇到gradlew找不到，则输出：chmod +x gradlew】
so文件查问后果后。就能够查问到so文件属于那个lib库的！如下所示：libtestjnilib.so文件属于TestJniLib库的
find so file: /Users/yc/github/YCJniHelper/TestJniLib/build/intermediates/library_jni/debug/jni/armeabi-v7a/libtestjnilib.sofind so file: /Users/yc/github/YCJniHelper/SafetyJniLib/build/intermediates/library_jni/debug/jni/armeabi-v7a/libsafetyjnilib.sofind so file: /Users/yc/github/YCJniHelper/SignalHooker/build/intermediates/library_jni/debug/jni/armeabi-v7a/libsignal-hooker.so
05.实际几个案例
5.1 Java动态调用C/C++
Java调用C/C++函数调用流程
- Java层调用某个函数时，会从对应的JNI层中寻找该函数。依据java函数的包名、办法名、参数列表等多方面来确定函数是否存在。
- 如果没有就会报错，如果存在就会就会建设一个关联关系，当前再调用时会间接应用这个函数，这部分的操作由虚拟机实现。
Java层调用C/C++办法操作步骤
第一步：创立java类NativeLib，而后定义native办法stringFromJNI()
public native String stringFromJNI();第二步：依据此native办法编写C文件，能够通过命令后或者studio提醒生成C++对应的办法函数
//java中stringFromJNI//extern “C” 指定以"C"的形式来实现native函数extern "C"//JNIEXPORT 宏定义，用于指定该函数是JNI函数。示意此函数能够被内部调用，在Android开发中不可省略JNIEXPORT jstring//JNICALL 宏定义，用于指定该函数是JNI函数。，无实际意义，然而不可省略JNICALL//以留神到jni的取名规定，个别都是包名 + 类名，jni办法只是在后面加上了Java_，并把包名和类名之间的.换成了_Java_com_yc_testjnilib_NativeLib_stringFromJNI(JNIEnv *env, jobject /* this */) {//JNIEnv 代表了JNI的环境，只有在本地代码中拿到了JNIEnv和jobject//JNI层实现的办法都是通过JNIEnv 指针调用JNI层的办法拜访Java虚拟机，进而操作Java对象，这样就能调用Java代码。//jobject thiz//在AS中主动为咱们生成的JNI办法申明都会带一个这样的参数，这个instance就代表Java中native办法申明所在的std::string hello = "Hello from C++";//思考一下，为什么间接返回字符串会呈现谬误提醒？//return "hello";return env->NewStringUTF(hello.c_str());}
举一个例子
- 例如在 NativeLib 类的native stringFromJNI()办法，程序会主动在JNI层查找 Java_com_yc_testjnilib_NativeLib_stringFromJNI 函数接口，如未找到则报错。如找到，则会调用native库中的对应函数。
5.2 C/C++调用Java
Native层调用Java层的类的字段和办法的操作步骤
- 第一步：创立一个Native C++的Android我的项目，创立 Native Lib 我的项目
- 第二步：在cpp文件夹下创立：calljnilib.cpp文件，calljnilib.h文件(用来申明calljnilib.cpp中的办法)。
- 第三步：开始编写配置文件CmkaeLists.txt文件。应用add_library创立一个新的so库
- 第四步：编写 calljnilib.cpp文件。因为要实现native层调用Java层字段和办法，所以这里定义了两个办法：callJavaField和callJavaMethod
- 第五步：编写Java层的调用代码此处要留神的是调用的类的类名以及包名都要和c++文件中申明的统一，否则会报错。具体看：CallNativeLib
- 第六步：调用代码进行测试。而后查看测试后果
5.3 Java调三方so中API
间接拿后面案例的 calljnilib.so 来测试，然而为了实现三方调用还须要对文件进行革新
- 第一步：要实现三方so库调用，在 calljnilib.h中申明两个和 calljnilib.cpp中对应的办法：callJavaField和callJavaMethod，个别状况下这个头文件是第三方库一起提供的给内部调用的。
- 第二步：对CMakeLists配置文件革新。次要是做一些库的配置操作。
- 第三步：编写 third_call.cpp文件，在这外部调用第三方库。这里须要将第三方头文件导入进来，如果CmakeLists文件中没有申明头文件，就应用#include "include/calljnilib.h" 这种形式导入
- 第四步：最初测试下：callThirdSoMethod("com/yc/testjnilib/HelloCallBack","updateName");
5.4 Java动静调C++
先说一下动态调C++的问题：
- 在实现stringFromJNI()时，能够看到c++外面的办法名很长 Java_com_yc_testjnilib_NativeLib_stringFromJNI。
- 这是jni动态注册的形式，依照jni标准的命名规定进行查找，格局为Java_类门路_办法名。Studio默认这种形式名字太长了，是否设置短一点。
- 程序运行效率低，因为首次调用native函数时须要依据依据函数名在JNI层中搜寻对应的本地函数，而后建设对应关系，这个过程比拟耗时。
动静注册办法解决下面问题
- 当程序在Java层运行System.loadLibrary("testjnilib")；这行代码后，程序会去载入testjnilib.so文件。
- 于此同时，产生一个Load事件，这个事件触发后，程序默认会在载入的.so文件的函数列表中查找JNI_OnLoad函数并执行。与Load事件绝对，在载入的.so文件被卸载时，Unload事件被触发。
- 此时，程序默认会去载入的.so文件的函数列表中查找JNI_OnLoad函数并执行，而后卸载.so文件。
- 因而开发者常常会在JNI_OnLoad中做一些初始化操作，动静注册就是在这里进行的，应用env->RegisterNatives(clazz, gMethods, numMethods)。
动静注册操作步骤：
- 第一步：因为System.loadLibrary()执行时会调用此办法，实现JNI_OnLoad办法。
- 第二步：调用FindClass找到须要动静注册的java类【定义要关联的对应Java类】，留神这个是native办法那个类的门路字符串
- 第三步：定义一个静态数据(JNINativeMethod类型)，外面寄存须要动静注册的native办法，以及参数名称
- 第四步：通过调用jni中的RegisterNatives函数将注册函数的Java类，以及注册函数的数组，以及个数注册在一起，这样就实现了绑定。
动静注册劣势剖析
- 相比动态注册，动静注册的灵活性更高，如果批改了native函数所在类的包名或类名，仅调整native函数的签名信息即可。
- 还有一个劣势：动静注册，java代码不须要更改，只须要更改native代码。
- 效率更高：通过在.so文件载入初始化时，即JNI_OnLoad函数中，后行将native函数注册到VM的native函数链表中去，后续每次java调用native函数时都会在VM中的native函数链表中找到对应的函数，从而加快速度。
06.一些技术原理
6.1 JNIEnv创立和开释
JNIEnv的创立形式
- C 中——JNIInvokeInterface：JNIInvokeInterface是C语言环境中的JavaVM构造体，调用 (AttachCurrentThread)(JavaVM, JNIEnv*, void) 办法，可能取得JNIEnv构造体；
- C++中 ——_JavaVM：_JavaVM是C++中JavaVM构造体，调用jint AttachCurrentThread(JNIEnv* p_env, void thr_args) 办法，可能获取JNIEnv构造体；
JNIEnv的开释：
- C 中开释：调用JavaVM构造体JNIInvokeInterface中的(DetachCurrentThread)(JavaVM)办法，可能开释本线程的JNIEnv
- C++ 中开释：调用JavaVM构造体_JavaVM中的jint DetachCurrentThread(){ return functions->DetachCurrentThread(this); } 办法，就能够开释 本线程的JNIEnv
JNIEnv和线程的关系
- JNIEnv只在以后线程无效：JNIEnv仅仅在以后线程无效，JNIEnv不能在线程之间进行传递，在同一个线程中，屡次调用JNI层不便，传入的JNIEnv是同样的
- 本地办法匹配多个JNIEnv：在Java层定义的本地办法，可能在不同的线程调用，因而可能承受不同的JNIEnv
6.2 动静注册的原理
在Android源码开发环境下，大多采纳动静注册native办法。
- 利用构造体JNINativeMethod保留Java Native函数和JNI函数的对应关系；
- 在一个JNINativeMethod数组中保留所有native函数和JNI函数的对应关系；
- 在Java中通过System.loadLibrary加载完JNI动静库之后，调用JNI_OnLoad函数，开始动静注册；
- JNI_OnLoad中会调用AndroidRuntime::registerNativeMethods函数进行函数注册；
- AndroidRuntime::registerNativeMethods中最终调用jni RegisterNativeMethods实现注册。
动静注册原理剖析
- RegisterNatives 形式的实质是间接通过构造体指定映射关系，而不是等到调用 native 办法时搜寻 JNI 函数指针，因而动静注册的 native 办法调用效率更高。
- 此外，还能缩小生成 so 库文件中导出符号的数量，则可能优化 so 库文件的体积。
6.3 注册JNI流程图
提到了注册 JNI 函数（建设 Java native 办法和 JNI 函数的映射关系）有两种形式：动态注册和动静注册。
剖析下动态注册匹配 JNI 函数的执行过程
- 第一步：以 loadLibrary() 加载 so 库的执行流程为线索进行剖析的，最终定位到 FindNativeMethod() 这个办法。
- 第二步：查看
java_vm_ext.cc中FindNativeMethod办法，而后看到jni_short_name和jni_long_name，获取native办法对应的短名称和长名称。 - 第三步：在
java_vm_ext.cc，通过FindNativeMethodInternal查找曾经加载的so库中搜寻，先搜寻短名称，而后再搜寻长名称 - 第四步：建设外部数据结构，建设 Java native 办法与 JNI 函数的函数指针的映射关系，调用 native 办法，则间接调用已记录的函数指针。
07.JNI遇到的问题
7.1 混同的bug
在Android工程中要排除对native办法以及所在类的混同（java工程不须要），否则要注册的java类和java函数会找不到。proguard-rules.pro中增加。
# 设置所有 native 办法不被混同-keepclasseswithmembernames class * { native <methods>;}# 不混同类-keep class com.yc.testjnilib.** { *; }
7.2 留神字符串编译
比方：对于JNI办法来说，应用如下办法返回或者调用间接解体了，有点搞不懂原理？
env->CallMethod(objCallBack,_methodName,"123");这段代码编译没问题，然而在运行的时候就报错了：
JNI DETECTED ERROR IN APPLICATION: use of deleted global reference最终定位到是最初一个参数须要应用jstring而不能间接应用字符串示意。如下所示：
//思考一下，为什么间接返回字符串会呈现谬误提醒？为何这样设计……//return "hello";return env->NewStringUTF(hello.c_str());