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什么是JNI？为什么会有Native层？如何使用？

智云科技 发布于 2023年7月1日 评论关闭 阅读(74)

什么是 JNI ?

JNI是 java Native Interface的缩写，通过使用 Java本地接口书写程序，可以确保代码在不同的平台上方便移植； 从Java1.1开始，JNI标准成为java平台的一部分，它允许Java代码和其他语言写的代码进行交互

本地代码与 Java 虚拟机 之间是通过 JNI 函数实现相互操作的； JNI 函数通过接口指针来获得，本地方法将 JNI 接口指针当作参数来接受； 虚拟机 保证在从相同的 Java 线程中对本地方法进行多次调用时，传递给本地方法的接口指针是相同的，本地方法被不同的 Java 线程调用时，它接受不同的 JNI接口指针

使用JNI和算法进行交互，主要是为了提高算法的性能，最大化的利用机器硬件资源

Android 中的语言层

可以将语言层分成Java层和Native层； 为什么会有Native层呢？是因为在Java出现之前，很多的功能和系统都是由Native语言写的，所以Java出现之后就不必重复造轮子，直接调用这些方法就行了，而且Native层更接近汇编语言，所以性能更优

所以代码中就出现了Java层调用Native层的方法，而这个跨语言的调用过程就是 JNI

当Java语言无法处理一些任务的时候，就可以使用JNI来完成

下面是几个 JNI 的应用场景：

需要调用Java语言不支持的依赖于操作系统平台特性的一些功能

● 需要调用当前 UNIX 系统的某个功能，而Java不支持这个功能的时候，就要用到JNI

● 在程序对时间敏感或对性能要求特别高时，有必要用到更底层的语言来提高运行效率

● 音视频开发涉及到的音视频编解码需要更快的处理速度，这就需要用到JNI

● 为了整合一些以前的非Java语言开发的系统

● 需要用到早期实现的C/C++语言开发的一些功能或者系统，将这些功能整合到当前的系统或者新的版本中

JNI是完善Java的一个重要功能，它让Java更加全面、封装了各个平台的差异性

jni异常处理

在android ndk开发过程中，调用java对象方法可能会抛异常，如果在ndk层中不做任何处理，那么程序就会直接崩溃；例如我们要在jni层获取 apk 的签名，代码如下： 

      **jclass native_class = env-> GetObject Class(const_cast<jobject>(contextObject));
  jmethodID pm_id = env->GetMethodID(native_class, "get Package Manager", "()Landroid/content/pm/PackageManager;");
  jobject pm_obj = env->CallObjectMethod(const_cast<jobject>(contextObject), pm_id);
  jclass pm_clazz = env->GetObjectClass(pm_obj);
  jmethodID package_info_id = env->GetMethodID(pm_clazz, "getPackageInfo","(Ljava/lang/String;I)Landroid/content/pm/PackageInfo;");

  // 获得应用包的信息
  jobject pi_obj = NULL;

  //GET_SIGNATURES 64
  pi_obj = env->CallObjectMethod(pm_obj, package_info_id, package_name, 64);

    ...**

上述代码如果 package_name 查找不到就会报如下异常

捕获异常

释放资源

Native 提供了 Exception Occurred 和 ExceptionCheck 方法来检测是否有异常发生，前者返回的是 jthrowable 类型，后者返回的是 jboolean 类型；如果有异常，会通过 ExceptionDescribe 方法来打印异常信息，方便我们在 LogCat 中看到对应的信息

而 ExceptionClear 方法则是关键的不会让应用直接崩溃的方法，类似于 Java 的 catch 捕获异常处理，它会消除这次异常；这样就把由 Native 调用 Java 时的一个异常进行了处理，当处理完异常之后，别忘了释放对应的资源

不过，我们这样仅仅是消除了这次异常，还应该让调用者有异常的发生，那么就需要通过 Native 来抛出一个异常告诉 Java 调用者了 

  void  throwByName(JNIEnv *env, const char *name, const char *msg) {
    jclass cls = env->FindClass(name);
    if (cls != NULL) {
        env->ThrowNew(cls,  msg );
    }
    env->DeleteLocalRef(cls);
}
// 调用抛出异常
 extern  "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_glumes_cppso_jnioperations_ExceptionOps_nativeThrowException(JNIEnv *env, jobject instance) {
    throwByName(env, "java/lang/IllegalArgumentException", "native throw exception");
}

jni错误日志分析

ndk发生崩溃的时候会在/data/tombstones文件夹下生成一个墓碑文件，形如tombstone_xx。 谷歌 也提供了addr2line/ objdump/ndk-stack工具

一个典型的墓碑文件内容如下 

 *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** ***
Build fingerprint: 'Android-x86/android_x86/x86:5.1.1/LMY48W/woshijpf04211939:eng/test-keys'
Revision: '0'
 ABI : 'x86'
pid: 1019, tid: 1019, name: surfaceflinger  >>> /system/bin/surfaceflinger <<<
signal 11 ( SIGSEGV ), code 1 (SEGV_MAPERR), fault addr 0x4
    eax a6265c06  ebx b7467d88  ecx b7631a22  edx a6265c06
    esi 00000000  edi b6867140
    xcs 00000073  xds 0000007b  xes 0000007b  xfs 00000000  xss 0000007b
    eip b745a639  ebp bfcfc1e8  esp bfcfc150  flags 00010282

backtrace:
    #00 pc 00006639  /system/lib/libui.so (android::Fence::waitForever(char const*)+41)
    #01 pc 00034b86  /system/lib/libsurfaceflinger.so
    #02 pc 0003229e  /system/lib/libsurfaceflinger.so
    #03 pc 0002cb9c  /system/lib/libgui.so (android::BufferQueue::ProxyConsumerListener::onFrameAvailable(android::BufferItem const&)+652)
    #04 pc 000342f4  /system/lib/libgui.so (android::BufferQueueProducer::queueBuffer(int, android::IGraphicBufferProducer::QueueBufferInput const&, android::IGraphicBufferProducer::QueueBufferOutput*)+2580)
    #05 pc 0004eafb  /system/lib/libgui.so (android::Surface::queueBuffer(ANativeWindowBuffer*, int)+411)
    #06 pc 0004ce06  /system/lib/libgui.so (android::Surface::hook_queueBuffer(ANativeWindow*, ANativeWindowBuffer*, int)+38)
    #07 pc 00014bc6  /system/lib/egl/libGLES_android.so
    #08 pc 00017f73  /system/lib/egl/libGLES_android.so (eglSwapBuffers+163)
    #09 pc 00015fdb  /system/lib/libEGL.so (eglSwapBuffers+203)
    #10 pc 000013ea  /system/lib/hw/hwcomposer.x86.so
    #11 pc 00034730  /system/lib/libsurfaceflinger.so
    #12 pc 000256d4  /system/lib/libsurfaceflinger.so
    #13 pc 00024bf4  /system/lib/libsurfaceflinger.so
    #14 pc 000236fb  /system/lib/libsurfaceflinger.so
    #15 pc 0002338a  /system/lib/libsurfaceflinger.so
    #16 pc 0001e0ff  /system/lib/libsurfaceflinger.so
    #17 pc 0001d9ce  /system/lib/libutils.so (android::Looper::pollInner(int)+926)
    #18 pc 0001db73  /system/lib/libutils.so (android::Looper::pollOnce(int, int*, int*, void**)+67)
    #19 pc 0001e561  /system/lib/libsurfaceflinger.so
    #20 pc 00022ce7  /system/lib/libsurfaceflinger.so (android::SurfaceFlinger::run()+39)
    #21 pc 00000ca3  /system/bin/surfaceflinger
    #22 pc 0001365a  /system/lib/libc.so (__libc_init+106)
    #23 pc 00000da8  /system/bin/surfaceflinger

stack:
         bfcfc110  00000000  
         bfcfc114  b6839270  
         bfcfc118  00000000  
         bfcfc11c  00000000  
         bfcfc120  b68394e0  
         bfcfc124  00000002  
         bfcfc128  00000002  
         bfcfc12c  b75d8185  /system/lib/libutils.so (android::RefBase::incStrong(void const*) const+53)
         bfcfc130  b6839270  
         bfcfc134  bfcfc1e8  [stack]
         bfcfc138  00000002  
         bfcfc13c  a6265c06  
         bfcfc140  b7467d88  /system/lib/libui.so
         bfcfc144  00000000  
         bfcfc148  b6867140  
         bfcfc14c  b745a639  /system/lib/libui.so (android::Fence::waitForever(char const*)+41)
    #00  bfcfc150  b683af18  
         bfcfc154  bfcfc1e8  [stack]
         bfcfc158  00000000  
         bfcfc15c  00000000  
         bfcfc160  00000000  
         bfcfc164  b683af18  
         bfcfc168  b75ec9c4  /system/lib/libutils.so
         bfcfc16c  b75d8285  /system/lib/libutils.so (android::RefBase::weakref_type::decWeak(void const*)+37)
         bfcfc170  00000000  
         bfcfc174  00000000  
         bfcfc178  00000000  
         bfcfc17c  00000000  
         bfcfc180  b7642968  /system/lib/libsurfaceflinger.so
         bfcfc184  bfcfc1e8  [stack]
         bfcfc188  b6867140  
         bfcfc18c  b7622b87  /system/lib/libsurfaceflinger.so

文件结构

定位工具

  • addr2line 
 qinqunde MacBook-Pro % ./aarch64-linux-android-addr2line -C -f -e ~/Documents/DProtect2/mylibrary/build/intermediates/cmake/debug/obj/arm64-v8a/libnative-lib.so 0000000000157efc
Java_com_dofun_dprotect_lib_LocalWork_start
/Users/qinqun/Documents/DProtect2/mylibrary/src/main/cpp/native-lib.cpp:147
  • ndk-stack

有需要完整代码的同学 可以 私信 发送 “底层源码” 即可 免费获取

现在发送还可以获得更多《Android 学习笔记＋源码解析＋面试视频》

JNI 特点：

二进制 兼容

● 本地方法库与同一平台上所有Java 虚拟机之间实现二进制兼容，即对于给定平台开发人员只需要维护一种版本的本地方法库

效率高

为了实现实时系统，JNI 在效率与虚拟机无关性之间进行了优化，以保障高效运行

功能强

● JNI 提供了大量的函数及接口让本地方法与Java 虚拟机内核相互操作，增强两者的功能

本地代码与 Java 虚拟机之间是通过 JNI 函数实现相互操作的； JNI 函数通过接口指针来获得，本地方法将 JNI 接口指针当作参数来接受；虚拟机保证在从相同的 Java 线程中对本地方法进行多次调用时，传递给本地方法的接口指针是相同的，本地方法被不同的 Java 线程调用时，它接受不同的 JNI接口指针

尾述

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技术是无止境的，你需要对自己提交的每一行代码、使用的每一个工具负责，不断挖掘其底层原理，才能使自己的技术升华到更高的层面

Android 架构师之路还很漫长，与君共勉

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文章来源：智云一二三科技

文章标题：什么是JNI？为什么会有Native层？如何使用？

文章地址：https://www.zhihuclub.com/188228.shtml

关于作者: 智云科技

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