原文链接:http://www.apkbus.com/blog-705730-60952.html
I. 初识
1. NDK
Native Development Kit
是一套让你的Android应用一部分代码可以使用像C/C++语言的工具包
一般什么时候可以使用NDK
谷歌建议真正要使用NDK的情况是在很少数情况
需要提高执行性能(e.g. 大数据排序)
需要使用c/c++实现的第三方库(如 Ffmpeg,OpenCV)
需要调用更加底层的代码(如,你想调用Dalvik以外的代码)
2. JNI
Java Native Interface
是一套在Java虚拟机控制下代码执行的标准机制。使得Java可以调用c/c++的方法,或者c/c++中可以调用Java。
JNI标准机制的实现
由汇编或c/c++的代码,组装(assembled)成动态库(允许非静态绑定),由此实现Java与c/c++双向调用。
JNI的优势
相比其他类似的(Netscape Java运行接口、Microsoft的原始本地接口、COM/Java接口)相比,它的优势在于兼容性:
对二进制兼容(c/c++的代码编译后是二进制,由于二进制是程序兼容性类型(不用改变执行文件,就可以直接在不同环境下执行),所以c/c++编译后的代码可以在任何平台下执行)
对所有用Java虚拟机的具体平台兼容
II. 基本知识
为了更清晰,本地(虚拟机所在环境原生语言(通常是c/c++))这里都用native单词表示,而不直译
参数与引用
1. 方法参数说明
虚拟机需要追踪所有传递到native层的参数,使得GC不会在native层还在用这些参数引用的时候被清除了
需要注意
原始类型直接通过相互拷贝传递
对象 通过引用传递
JNI原始类型
Java类型 | Native类型 | 备注 |
---|---|---|
boolean | jboolean | unsigned 8 bits |
byte | jbyte | signed 8 bits |
char | jchar | unsighned 16 bits |
short | jshort | signed 16 bits |
int | jint | signed 32 bits |
long | jlong | signed 64 bits |
float | jfloat | 32 bits |
double | jdouble | 64 bits |
void(指针/对象引用) | void | N/A |
例子
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | /** * @param *env JNI接口指针 * @param obj 在native方法中定义的对象引用 * @param i 原始类型 整数型 * @param s 对象引用 string */ jdouble Java_pkg_Cls_f__ILjava_lang_String_2 (JNIEnv *env, jobject obj, jint i, jstring s) { const char *str = (*env)->GetStringUTFChars(env, s, 0); (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, s, str); return 10; } |
2. 其他引用类型说明
JNI定义了三种引用类型 局部引用、全局引用、全局弱引用
局部引用:
所有通过JNI方法返回的Java对象都是局部引用
局部引用只对创建该引用所在线程可见。
方法结束时释放。但是也可以调用JNI方法DeleteLocalRef
对其马上进行释放。
全局引用
只有在主动调用释放方法时才释放,对其释放的JNI方法: DeleteGlobalRef
; 创建全局引用的方法: NewGlobalRef
例子
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | jclass localClazz; jclass globalClazz; localClazz = (*env)->FindClass(env, "java/lang/String"); globalClazz = (*env)->NewGlobalRef(env, localClazz); // 立即释放localClazz局部引用 (*env)->DeleteLocalRef(env, localClazz); // 立即释放globalClazz全局引用 (*env)->DeleteGlobalRef(env, globalClazz); |
错误机制
JNI不会像Java一样检测像NullPointerException、IllegalArgumentException、ArrayIndexOutOfBoundsException、ArrayStoreException等这样的错误。
不报错原因
错误检测会导致性能下降
在大多数C库函数中,很难对错误进行处理
处理方式
JNI允许使用Java的异常处理
处理JNI函数中对应的出错的代码(因为即使出现异常, JNI层只会返回错误码,自己并不会报异常), 然后在JNI函数中错误对象抛异常到Java层(根据返回的错误代码)。
1 2 | // 如果是一些数组操作的异常,可以使用ArrayIndexOutOfBoundsException、ArrayStoreException jthrowable ExceptionOccurred(JNIEnv *env); |
JNI的编码
标准UTF-8主要用在C,而Java使用的是UTF-16
JNI 使用的是 修改过的UTF-8: Modified UTF-8 Strings
结果:
被编码过的’修改过的UTF-8’字符串只包含非空ASCII字符串,其中每个字符只需一个字符就可表示。但是所有的Unicode字符串都可以被表示
与标准UTF-8的差别
null字符(0)使用两个字节的格式而非一个字节进行编码,因为修改过的UTF-8不再有嵌入的null(
\0
)只使用标准UTF-8的一字节、两字节、三字节的格式,而四字节的将使用两个三字节来代替表示。
JNI函数
JNI接口不仅仅包含数据集(dataset),也包含了它的大量方法。
官方文档: JNI Functions
例子
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 | #include <jni.h> ... //用于创建与销毁Java虚拟机的接口指针 JavaVM *jvm; // 包含大多数的JNI函数的JNI接口指针 JNIEnv *env; // 存储Java虚拟机的参数 JavaVMInitArgs vm_args; // 存储Java虚拟机的配置选项 JavaVMOption* options = new JavaVMOption[1]; options[0].optionString = "-Djava.class.path=/usr/lib/java"; // 初始化Java虚拟机参数 vm_args.version = JNI_VERSION_1_6; vm_args.nOptions = 1; vm_args.options = options; vm_args.ignoreUnrecognized = false; // 载入Java虚拟机,返回JNI接口指针给*env JNI_CreateJavaVM(&jvm, &env, &vm_args); // 释放 Java虚拟机配置选项 delete options; // 调用Java虚拟机中的Main#text方法 jclass cls = env->FindClass("Main"); jmethodID mid = env->GetStaticMethodID(cls, "test", "(I)V"); env->CallStaticVoidMethod(cls, mid, 100); // 释放Java虚拟机 jvm->DestroyJavaVM(); |
JNI线程
运行在Linux(Android)上的所有线程统一由内核管理的。
JNI中的线程附加到虚拟机中
我们可以通过AttachCurrentThread
和AttachCurrentThreadAsDaemon
函数将线程附加到虚拟机中,以保证可以正常访问JNI接口指针(JNIEnv)(注意上文JNI接口指针那张图提到的JNI接口指针只在当前线程可见)。
需要注意
Android将不会主动释放在JNI中创建的线程(GC不会对其进行主动释放),所有一定要记得不用时,主动调用DetachCurrentThread
方法,进行释放。
Java中调用native方法
需要注意
在方法前需要保留关键字
native
Google建议方法名带
native
前缀,如nativeGetStringFromFile
例子
1 2 | native String nativeGetStringFromFile(String path) throws IOException; native void nativeWriteByteArrayToFile(String path, byte[] b) throws IOException; |
III. 项目结构
需要注意
所有的native代码都存储在jni文件夹下
每个子目录对应一种处理器架构
如果只带有armeabi,将对armeabi-v7a默认支持(通常只带armeabi的话,armeabi-v7a架构的处理器也支持,只是多一步翻译的过程,也会因此速度会变差)
假若你有多种库(so文件),要么支持处理器架构的,同时都支持,要么同时都不支持。例子: 如果a.so一个带了mips的,b.so的没有带,则在mips处理器架构的手机上,执行到需要b.so的地方,发现在mips中找不到b.so,就会crash。
针对简单的Android项目, 创建native项目:
创建jni文件夹,用于存储native源代码
创建
Andorid.mk
文件,用于构建项目创建
Application.mk
文件(非必须),用于存储编译配置相关,能够灵活的配置编译。
1. Android.mk
构建native项目的MAKEFILE文件
官方介绍: Android.mk
用于打包代码到
静态库(statistic libraries)拷贝到项目的libs目录下,生成 共享库与独立可执行文件
例子
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 | # 通过函数调用my-dir返回当前目录文件所在路径 LOCAL_PATH :=$(call my-dir) # 清理所有除LOCAL_PATH以外的变量,由于所有文件的编译都是在同一个全局的GNU MAKE中执行的,所以这些变量都是全局的 include$(CLEAR_VARS) # 所输出模块的名称,这里定义的是NDKBegining, # 编译完成后会在libs目录下创建libNDKBeginin库(Android给这加了前缀lib,但是要注意在java代码中申明时不用带这个前缀) LOCAL_MODULE := NDKBegining # 列出需要被编译的源码文件 LOCAL_SRC_FILES := ndkBegining.c # 将要输出的模块类型 include$(BUILD_SHARED_LIBRARY) |
自定义变量
可以在Android.mk
中定义自定义变量,但是必须使用规范前缀: LOCAL_
、PRIVATE_
、NDK_
、APP_
、MY_
(Google推荐)。
1 2 3 4 5 | # 定义了自定义变量$(MY_SOURCE) MY_SOURCE := MYNDKfile.c # 将$(MY_SOURCE)变量连接起来到$(LOCAL_SRC_FILES) LOCAL_SRC_FILES += $(MY_SOURCE) |
2. Application.mk
用于定义多种变量使得编译更加灵活的MAKEFILE文件
官方文档: Application.mk
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 | # (可选变量) # 指定是debug或是release # debug: 用于调试,将生成未被优化的二进制机器码 # release: 将生成优化后的二进制机器码,默认是release,但是默认值会受manifest<application>中的android:debuggable影响 APP_OPTIM := release # 定义另外的Android.mk的路径 # APP_BUILD_SCRI := # (最重要的变量之一),用于罗列目标编译的处理器架构。默认是armeabi # NDK 7或以上版本,直接指定APP_ABI := all就可以覆盖所有的架构,不用一一枚举 APP_ABI := armeabi armeabi-v7a x86 mips # 目标平台名称 APP_PLATFORM := android-9 # 申明需要使用的C++标准库(Android默认只提供了精简的`libstdc++`) APP_STL := stlport_shared # GCC编译器版本 # NDK_TOOLCHAIN_VERSION := 4.9 |
APP_ABI
架构 | 参数名 |
---|---|
FPU指令集基于ARMv7 | armeabi-v7a |
ARMV8 AArch64 | arm64-v8a |
IA-32 | x86 |
Intel64 | x86_64 |
MIPS32 | mips |
MIPS64(r6) | mips64 |
APP_STL
更多可以参考这里: C++ Library Support
1 2 3 4 5 6 7 8 | # static STLport library APP_STL := stlport_static # shared STLport library APP_STL := stlport_shared #default C++ runtime library APP_STL := system |
3. NDK-BUILDS
基于GNU MAKE的封装
官方文档: ndk-build
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 | # 清除之前生成的二进制文件 clean # 强制进行debug构建(如果是要release构建: NDK_DEBUG=0),如果没有指定,将会受到Manifest.xm中的android:debuggable影响(Google不建议使用android:debuggable参数,如果使用的是NDK版本大于8) NDK_DEBUG=1 # 用于调试的时候,显示NDK内部的log信息 NDK_LOG=1 # 强制指定使用32位(如果系统支持,默认将会使用64位) NDK_HOST_32BIT=1 # 编译的时候使用一个特殊的Application.mk的路径 NDK_APPLICATION_MK=<file> |
NDK_HOST_32BIT
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