Android JNI 技术入门指南

在这里插入图片描述

引言

在Android开发中，Java是一种主要的编程语言，然而，对于一些性能要求较高的场景（如音视频处理、图像处理、计算密集型任务等），我们可能需要使用到C或C++等语言来编写底层的高效代码。为了实现Java代码与C/C++代码之间的交互，Android提供了一个强大的工具——JNI（Java Native Interface）。通过JNI，Java可以调用C/C++代码，C/C++也可以调用Java代码，从而实现高效的原生交互。

开始之前先了解一些基础概念

开始之前

如果你对C/C++语言比较陌生，可以先看一下我的这两篇文章：
（大致过一下就行，挑重点去记，毕竟不是做C++开发，没必要完全理解，更多的是我们在开发中去学习）

  • C语言基础
  • C++基础

1. 什么是 JNI（Java Native Interface）？

JNI 是 Java 与其他编程语言（通常是 C 或 C++）之间的接口，允许 Java 代码与底层的本地代码进行交互。通过 JNI，我们可以在 Java 代码中调用本地（native）方法，或者让本地代码调用 Java 方法。

1.1 为什么要使用 JNI？

JNI 的主要作用是实现 Java 程序与本地程序之间的交互，特别是在以下几种情况下非常有用：

  • 性能优化：有些运算或操作，Java 实现的效率可能较低，使用 C/C++ 可以提高性能，特别是在图像处理、音视频编解码等领域。
  • 访问底层硬件或特性：Java 不能直接访问底层硬件或操作系统的某些特性，而 JNI 使得 Java 程序可以调用 C/C++ 中的底层代码，进而访问这些特性。
  • 重用现有的本地代码库：有时为了节省开发时间，我们希望直接重用一些已有的 C/C++ 代码或第三方库，这时 JNI 就是连接 Java 和本地代码的桥梁。

1.2 JNI 如何工作？

JNI 的工作机制可以分为几个步骤：

  1. Java 调用 C/C++ 方法：通过在 Java 中声明本地方法（native），并使用 System.loadLibrary() 加载本地库。Java 代码通过 JNI 机制调用底层的 C/C++ 函数。
  2. C/C++ 调用 Java 方法：JNI 允许在 C/C++ 中调用 Java 中的方法，甚至可以操作 Java 对象。
  3. 数据传递：通过 JNI，Java 和 C/C++ 之间可以传递基本数据类型（如整数、浮点数）和复杂的数据结构（如数组、对象等）。

1.3 JNI 的基本结构

  • Java 层：Java 中声明 native 方法，并通过 System.loadLibrary() 加载本地库。
  • 本地层：通过 C/C++ 实现 JNI 接口，并将它编译成共享库（.so 文件）。
  • JNI 头文件：使用 javah 工具（或者在 Android 中通过 ndk-build）生成的头文件，定义了 Java 类与本地方法之间的映射关系。

2. NDK 与 JNI 的关系

在 Android 开发中，NDK（Native Development Kit）是一个工具集，它允许开发者在 Android 应用中编写和使用 C/C++ 代码。JNI 是 NDK 的一部分，它提供了 Android 中 Java 代码和 C/C++ 本地代码之间的交互接口。

2.1 NDK 的功能

NDK 是一组工具和库，允许开发者用 C 和 C++ 编写 Android 应用中的一些性能关键的代码。NDK 提供的功能包括：

  • 访问硬件资源：通过 NDK，你可以直接访问一些低级的硬件特性，比如摄像头、传感器、GPS 等。
  • 性能优化：一些计算密集型的任务（例如图像处理、音视频编解码等）可以通过 C/C++ 实现，性能上更有优势。
  • 使用已有的本地库：有时候开发者会利用一些已有的 C/C++ 库或第三方库，而这些库通常需要通过 NDK 来编译和链接。

2.2 NDK 与 JNI 的结合

  • JNI 是 NDK 与 Java 层之间的桥梁，利用 JNI，Java 层可以调用本地层的 C/C++ 函数，反之，C/C++ 代码也可以调用 Java 层的代码。
  • 使用 NDK 时，JNI 使得 Java 和 C/C++ 之间的数据和方法调用变得可能。
  • 通过 JNI，我们可以在 Java 代码中调用 NDK 中编写的本地方法，或者直接操作 Java 对象。

3. 数据类型

Java、JNI、C/C++ 三者之间的数据类型转换是跨语言编程中的一个核心问题，尤其在涉及到 Java 调用 C/C++ 编写的本地方法时。JNI（Java Native Interface）作为 Java 与 C/C++ 交互的桥梁，提供了一套标准机制来实现 Java 与本地代码之间的数据交换。

3.1 基础类型

Java 通过 JNI 与 C/C++ 交互时，JNI 提供了一些专门的类型和方法来桥接 Java 类型与 C/C++ 类型的差异。

Java 类型JNI 类型C/C++ 类型备注
bytejbytechar (8-bit)JNI 使用 jbyte 来表示 Java 的 byte 类型。
shortjshortshort (16-bit)JNI 使用 jshort 来表示 Java 的 short 类型。
intjintint (32-bit)JNI 使用 jint 来表示 Java 的 int 类型。
longjlonglong long (64-bit)JNI 使用 jlong 来表示 Java 的 long 类型。
floatjfloatfloat (32-bit)JNI 使用 jfloat 来表示 Java 的 float 类型。
doublejdoubledouble (64-bit)JNI 使用 jdouble 来表示 Java 的 double 类型。
charjcharwchar_t (16-bit)JNI 使用 jchar 来表示 Java 的 char 类型，它是 16 位 Unicode 字符，C/C++ 中通常用 wchar_t 来表示宽字符。
booleanjbooleanbool (1-bit)JNI 使用 jboolean 来表示 Java 的 boolean 类型，jboolean 是 8 位的布尔值，通常与 C/C++ 中的 bool 类型兼容。

3.2 引用类型

Java 对象类型通常通过 JNI 提供的 API 转换为 C/C++ 中的指针类型，这些指针类型并不代表实际的数据内容，而是用于访问 Java 对象或方法的接口。

Java 类型JNI 类型C/C++ 类型转换方式JNI API 示例
StringjstringjstringJava String 到 C/C++ 的转换（通过 GetStringUTFChars 或 GetStringChars）env->GetStringUTFChars(jstring, nullptr)
ObjectjobjectjobjectJava 对象到 C/C++ 的转换，可以用来操作任意 Java 对象env->GetObjectClass(jobject)
ClassjclassjclassJava Class 对象到 C/C++ 的转换，通过 FindClass 或 GetObjectClass 获取类引用env->FindClass("java/lang/String")
Array (Object)jobjectArrayjobjectArray对象数组到 C/C++ 的转换，通过 JNI API 访问数组元素env->GetObjectArrayElement(jobjectArray, index)
Array (Primitive)jintArrayjintArray基本类型数组转换（如 int[] 到 jintArray）env->GetIntArrayElements(jintArray, nullptr)
FieldjfieldIDjfieldID通过 JNI 获取字段 ID，通常用于访问 Java 类中的字段env->GetFieldID(jclass, "fieldName", "I")
MethodjmethodIDjmethodID通过 JNI 获取方法 ID，通常用于调用 Java 方法env->GetMethodID(jclass, "methodName", "()V")

4. JNI 中的 Java 签名信息

在学习签名之前，先来看一段Java反射代码：

import java.lang.reflect.Method;

public class ReflectionExample {
    public void sayHello(String name) {
        System.out.println("Hello, " + name);
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 获取 ReflectionExample 类的 Class 对象
        Class<?> clazz = Class.forName("ReflectionExample");

        // 获取方法 sayHello(String)
        Method method = clazz.getMethod("sayHello", String.class);

        // 创建实例并调用方法
        Object instance = clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();
        method.invoke(instance, "World");
    }
}

在clazz.getMethod中，我们通过方法名称 和 参数类型拿到了sayHello方法，在JNI中C/C++ 调用Java的方法也类似，不同点是参数类型 和 返回值 要用签名方式代替（因为C/C++不能直接拿到Java方法嘛），那么JNI中签名长什么样呢？

4.1 基本数据类型的签名

Java 中的基本数据类型对应 JNI 中的签名符号。JNI 使用单一字符来表示 Java 中的基本数据类型。

Java 类型JNI 签名
booleanZ
byteB
charC
shortS
intI
longJ
floatF
doubleD
voidV

4.2 对象类型的签名

Java 对象类型（类类型、接口类型等）的签名格式如下：

  • 以 L 开始，后接类的全名（包括包名），最后以 ; 结尾。例如，String 类型的签名为 Ljava/lang/String;。
  • 注意：数组类型的签名也以 [ 开头，并且每增加一个维度就多一个 [。
Java 类型JNI 签名
StringLjava/lang/String;
ObjectLjava/lang/Object;
int[][I
String[][Ljava/lang/String;
Object[][Ljava/lang/Object;

4.3 方法签名

Java 方法的签名由两部分组成：方法的参数类型和返回类型，方法签名的格式为：(参数类型1, 参数类型2, ...)返回类型。例如，一个有两个 int 参数并返回 String 类型的方法签名为 (II)Ljava/lang/String;。

Java 方法JNI 签名
int add(int a, int b)(II)I
String getName(String name)(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
void setValues(int x, int y)(II)V

4.4 构造函数签名

Java 构造函数的签名与普通方法类似，不同之处在于构造函数没有返回类型（V），且通常没有方法名。在 JNI 中，构造函数的签名格式是 (参数类型1, 参数类型2, ...)V。

Java 构造函数JNI 签名
MyClass(int, String)(ILjava/lang/String;)V

4.5 静态方法签名(重点)

静态方法的签名与实例方法类似，唯一的区别是静态方法是类级别的，因此它通过类的对象引用来调用。静态方法的签名与实例方法的签名相同，但 JNI 调用时不需要实例对象。

没必要死记硬背，有规律的，写两遍就记住了

4.6 示例

(1) 获取 Java 方法签名

GetMethodID 或 GetStaticMethodID,拿到相应的方法。

jmethodID methodId = env->GetMethodID(clazz, "methodName", "(I)Ljava/lang/String;");

这个方法的签名为 (I)Ljava/lang/String;，表示该方法有一个 int 类型的参数，返回一个 String 类型。

(2) 获取字段签名
GetFieldID 或 GetStaticFieldID,拿到类的属性字段。

jfieldID fieldId = env->GetFieldID(clazz, "fieldName", "Ljava/lang/String;");

这个字段的签名为 Ljava/lang/String;，表示它是一个 String 类型的字段。

(3) 构造函数签名
通过签名和构造函数名称查找类的构造函数 ID。构造函数的签名与普通方法相同，但没有返回类型。

jmethodID constructorId = env->GetMethodID(clazz, "<init>", "(I)V");

构造函数的签名为 (I)V，表示它接受一个 int 类型的参数并没有返回值。

5. 在Android中使用JNI

5.1 配置项目

在build.gradle包含对NDK的支持:

android {
    ...
    defaultConfig {
        ...
        externalNativeBuild {
            cmake {
                cppFlags ""
            }
        }
    }
    externalNativeBuild {
        cmake {
            path "CMakeLists.txt"
        }
    }
}

5.2 编写Java代码

在Java代码中声明本地方法:

public class NativeLib {
    static {
        System.loadLibrary("native-lib");
    }

    public native String stringFromJNI();
}

5.3 编写C/C++代码

在cpp目录下创建对应的C/C++文件，实现上述声明的本地方法：

#include <jni.h>
#include <string>

extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_example_myapplication_NativeLib_stringFromJNI(JNIEnv* env, jobject /* this */) {
    std::string hello = "Hello from C++";
    return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}

5.4 配置CMakeLists.txt

在项目的根目录下，配置CMakeLists.txt 如：

cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)

add_library(
    native-lib
    SHARED
    src/main/cpp/native-lib.cpp)

find_library(
    log-lib
    log)

target_link_libraries(
    native-lib
    ${log-lib})

如果你项目中想写多个.cpp文件，CMakeLists.txt xiugai配置如下：

cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)

add_library(
    native-lib
    SHARED
    src/main/cpp/native-lib.cpp)

add_library(
    native-lib2
    SHARED
    src/main/cpp/native-lib2.cpp)

//更多...

find_library(
    log-lib
    log)

target_link_libraries(
    native-lib
    ${log-lib})
    
target_link_libraries(
    native-lib2
    ${log-lib})

//更多...

即在 find_library 和 target_link_libraries 增加相对应的.cpp文件即可。

6. 实战

因为在写这篇文章之前，我已经完善了一些实战的功能，在此就不一一讲解了，包括：

  • 传递int数据
  • 传递String数据
  • 传递Array数据
  • 在C++中调用Java的返回值Void方法
  • 在C++中调用Java的返回值int方法
  • 在C++中调用Java的返回值String方法
  • 在C++中显示Toast
  • 文本加解密演示
  • 锅炉压力进度条
  • C++ 创建子线程
  • C++ 线程锁之生产者消费者
  • 串口通信(SerialPort) - 可拿来直接使用，已验证功能。

代码已经上传Github：JNIStudy，感兴趣的可以下载看看，里面我加了世上最全注释，由基础到复杂，看不懂来打我！😆

打包为.so文件可以看我的这篇文章：在Android中，将 .cpp 文件编译成共享库（.so 文件）

7. 最后

之前一直对JNI望而却步，真正学过后回头看看，也不是那么的难，难的是你不主动去学。所有伟大，都源于一个勇敢的开始！共勉！

另外给喜欢记笔记的同学安利一款好用的云笔记软件，对比大部分国内的这个算还不错的，免费好用：wolai

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：/a/914773.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系我们进行投诉反馈qq邮箱809451989@qq.com，一经查实，立即删除！

相关文章

国标GB28181视频平台EasyCVR私有化部署视频平台对接监控录像机NVR时，录像机“资源不足”是什么原因？

国标GB28181视频平台EasyCVR私有化部署视频平台对接监控录像机NVR时，录像机“资源不足”是什么原因？

EasyCVR视频融合云平台&#xff0c;是TSINGSEE青犀视频“云边端”架构体系中的“云平台”系列之一&#xff0c;是一款针对大中型项目设计的跨区域、网络化、视频监控综合管理系统平台&#xff0c;通过接入视频监控设备及视频平台&#xff0c;实现视频数据的集中汇聚、融合管理、…
阅读更多...
HarmonyOS NEXT：模块化项目 ——修改应用图标+启动页等

HarmonyOS NEXT：模块化项目 ——修改应用图标+启动页等

涉及官方文档 应用配置文件应用/组件级配置图标资源规范 涉及到app.json5配置文件和module.json5配置文件 1、 icon和label的校验。 IDE从5.0.3.800版本开始&#xff0c;不再对module.json5中的icon和label做强制校验&#xff0c;因此module.json5与app.json5只需要选择其一…
阅读更多...
产品经理晋级-Axure中继器+动态面板制作美观表格

产品经理晋级-Axure中继器+动态面板制作美观表格

步骤如下&#xff1a; 将你的表格&#xff08;制作好的表格复制&#xff09; 在工作页面中&#xff0c;添加动态面板&#xff0c;并把刚才复制的表格添加进来
阅读更多...
java 面向对象高级

java 面向对象高级

1.final关键字 class Demo{public static void main(String[] args) {final int[] anew int[]{1,2,3};// anew int[]{4,5,6}; 报错a[0]5;//可以&#xff0c;解释了final修饰引用性变量&#xff0c;变量存储的地址不能被改变&#xff0c;但地址所指向的对象的内容可以改变} }什…
阅读更多...
计算机网络：运输层 —— 运输层端口号

计算机网络：运输层 —— 运输层端口号

文章目录 运输层端口号的分类端口号与应用程序的关联应用举例发送方的复用和接收方的分用 运输层端口号的分类 端口号只具有本地意义&#xff0c;即端口号只是为了标识本计算机网络协议栈应用层中的各应用进程。在因特网中不同计算机中的相同端口号是没有关系的&#xff0c;即…
阅读更多...
echarts引入自定义字体不起作用问题记录

echarts引入自定义字体不起作用问题记录

echarts引入自定义字体不起作用问题记录 1、问题描述 初始化界面字体不作用&#xff0c;当界面更新后字体样式正常显示 2、原因描述 这通常是由于字体文件加载延迟导致的。ECharts 在初始化时可能还没有加载完字体文件&#xff0c;因此无法正确应用字体样式 3、解决方案 …
阅读更多...
AscendC从入门到精通系列（一）初步感知AscendC

AscendC从入门到精通系列（一）初步感知AscendC

1 什么是AscendC Ascend C是CANN针对算子开发场景推出的编程语言&#xff0c;原生支持C和C标准规范&#xff0c;兼具开发效率和运行性能。基于Ascend C编写的算子程序&#xff0c;通过编译器编译和运行时调度&#xff0c;运行在昇腾AI处理器上。使用Ascend C&#xff0c;开发者…
阅读更多...
JavaScript——函数、事件与BOM对象

JavaScript——函数、事件与BOM对象

一、系统函数(JS中预置的函数) JS的预置函数在遇到非数字字符时会停止解析 parseInt 转整型 parseFloat 转浮点型 isNaN !isNaN("10") 检测是否纯数字 eval 把字符串转成算式并计算 1.parseInt(string, radix); 语法&#xff1a; string&#x…
阅读更多...
Python学习从0到1 day28 Python 高阶技巧 ⑤ 多线程

Python学习从0到1 day28 Python 高阶技巧 ⑤ 多线程

若事与愿违&#xff0c;请相信&#xff0c;上天自有安排&#xff0c;允许一切如其所是 —— 24.11.12 一、进程、线程 现代操作系统比如Mac OS X&#xff0c;UNIX&#xff0c;Linux&#xff0c;Windows等&#xff0c;都是支持“多任务”的操作系统。 进程 进程&#xff1a;就…
阅读更多...
OpenCV视觉分析之目标跟踪(11)计算两个图像之间的最佳变换矩阵函数findTransformECC的使用

OpenCV视觉分析之目标跟踪(11)计算两个图像之间的最佳变换矩阵函数findTransformECC的使用

操作系统&#xff1a;ubuntu22.04 OpenCV版本&#xff1a;OpenCV4.9 IDE:Visual Studio Code 编程语言&#xff1a;C11 算法描述 根据 ECC 标准 78找到两幅图像之间的几何变换&#xff08;warp&#xff09;。 该函数根据 ECC 标准 ([78]) 估计最优变换&#xff08;warpMatri…
阅读更多...
彻底解决单片机BootLoader升级程序失败问题

彻底解决单片机BootLoader升级程序失败问题

文章目录 1、引言2、MicroBoot&#xff1a;优雅的解决升级问题问题1&#xff1a;bootloader 在跳转到app前没有清理干净存在的痕迹问题2&#xff1a; 需要 APP 传递信息给 Bootloader问题3&#xff1a; APP单独运行没有问题&#xff0c;通过Bootloader跳转到APP运行莫名死机问题…
阅读更多...
v-html 富文本中图片使用element-ui image-viewer组件实现预览,并且阻止滚动条

v-html 富文本中图片使用element-ui image-viewer组件实现预览,并且阻止滚动条

效果 导入组件 import ElImageViewer from "element-ui/packages/image/src/image-viewer"; components:{ ElImageViewer },模板使用组件 <el-image-viewerv-if"isShowPics":on-close"closeViewer":url-list"srcList"/>定义两…
阅读更多...
山寨一个Catch2的SECTION

山寨一个Catch2的SECTION

Catch2 是一个 C 单元测试库&#xff0c;吹嘘自己比 NUnit 和 xUnit 还要高明&#xff0c; 支持在 TEST_CASE() 中的多个 SECTION&#xff0c; 意思是说 SECTION 外头的代码相当于setup 和 teardown&#xff0c;section 内部则被认为是实际的 test case&#xff0c; 这种写法可…
阅读更多...
深入剖析【C++继承】：单一继承与多重继承的策略与实践，解锁代码复用和多态的编程精髓，迈向高级C++编程之旅

深入剖析【C++继承】：单一继承与多重继承的策略与实践，解锁代码复用和多态的编程精髓，迈向高级C++编程之旅

​​​​​​​ &#x1f31f;个人主页&#xff1a;落叶 &#x1f31f;当前专栏: C专栏 目录 继承的概念及定义 继承的概念 继承定义 定义格式 继承基类成员访问⽅式的变化 继承类模板 基类和派⽣类间的转换 继承中的作⽤域 隐藏规则 成员函数的隐藏 考察继承【作⽤…
阅读更多...
36.Redis核心设计原理

36.Redis核心设计原理

本文针对前面的讲解做一次总结 1.Redis基本特性 1.非关系型的键值对数据库&#xff0c;可以根据键以O(1)的时间复杂度取出或插入关联值 2.Redis的数据是存在内存中的 3.键值对中键的类型可以是字符串&#xff0c;整型&#xff0c;浮点型等&#xff0c;且键是唯一的 4.键值对中…
阅读更多...
项目模块十七：HttpServer模块

项目模块十七：HttpServer模块

一、项目模块设计思路 目的&#xff1a;实现HTTP服务器搭建 思想&#xff1a;设计请求路由表&#xff0c;记录请求方法与对应业务的处理函数映射关系。用户实现请求方法和处理函数添加到路由表&#xff0c;服务器只接受请求并调用用户的处理函数即可。 处理流程&#xff1a; …
阅读更多...
vue项目npm run serve出现【- Network: unavailable】（从排查到放弃）

vue项目npm run serve出现【- Network: unavailable】（从排查到放弃）

1. 问题现象 环境&#xff1a; 系统&#xff1a;win11node&#xff1a;v16.20.2“vue”: “2.6.10” 执行npm run serve启动vue项目&#xff0c;期望&#xff1a; App running at:- Local: http://localhost:9528/ - Network: http://x.x.x.x:9528/实际&#xff1a; App runn…
阅读更多...
喜报|超维机器人荣获昇腾AI创新大赛铜奖

喜报|超维机器人荣获昇腾AI创新大赛铜奖

近日&#xff0c;在备受瞩目的昇腾AI创新大赛中&#xff0c;超维机器人凭借扎实的技术实力和创新产品&#xff0c;荣获大赛铜奖。这一荣誉不仅展现了超维机器人在智能巡检领域的技术创新与突破&#xff0c;也标志着超维机器人的智能巡检解决方案在人工智能领域获得了广泛认可&a…
阅读更多...
编程初学者的第一个 Rust 系统

编程初学者的第一个 Rust 系统

编程初学者的第一个 Rust 系统 对编程初学者而言&#xff0c;存在一个 “第一个系统” 的问题&#xff0c;如果没有学会第一个系统&#xff0c;编程初学者是学不会编程的。原因是&#xff0c;现实生活里的应用程序都是有一定体量的&#xff0c;不是几十行&#xff0c;几百行的…
阅读更多...
单元测试、集成测试、系统测试有什么区别

单元测试、集成测试、系统测试有什么区别

&#x1f345; 点击文末小卡片 &#xff0c;免费获取软件测试全套资料&#xff0c;资料在手&#xff0c;涨薪更快 单元测试、集成测试、系统测试有什么区别 1、粒度不同 集成测试bai粒度居中&#xff0c;单元测试粒度最小&#xff0c;系统du测试粒度最大。 2、测试方式不同…
阅读更多...
最新文章

Copyright @ 2022~2023