Android JNI的使用浅析

时间：2021-10-15 15:01:36

介绍JNI的好文章：

http://blog.csdn.net/yuanzeyao/article/details/42418977

JNI技术对于多java开发的朋友相信并不陌生，即(java native interface)，本地调用接口，主要功能有以下两点：

1、java层调用C/C++层代码

2、C/C++层调用java层代码

可能有些人会觉得jni技术破坏了Java语言的跨平台性，有这种想法可能是因为你对java理解得还不够深，如果你看看jdk源码，你会发现在jdk里面大量使用了jni技术，而且java虚拟机就是用本地语言写的，所以导致jvm并不能跨平台性，所以说java的跨平台性并不是100%的跨平台的。相反你应该看到使用Jni的优势：

1、因为C/C++语言本来机比java语言诞生早，所以很多库代码都是使用C/C++写的，有了Jni我们就可以直接使用了，不用重复造*。

2、不可否认，C/C++执行效率比java 高，对于一些对效率有要求的功能，必须使用C/C++.

由 于打算研究Android 中java层和native层是如何连接起来的，所以想研究一下Android中的jni技术（在阅读之前，最好了解jni中的基本知识，如jni中数据类型，签名格式，不然看起来可能有些吃力），由于工作和MediaPlayer有关，这里就使用MediaPlayer为例吧。

下面给出一张图，通过此图，我们简要说明一下jni是如何连接Java层和本地层的。

Android JNI的使用浅析

当我们的app要播放视频的时候，我们使用的是java层的MediaPlayer类，我们进入到MediaPlayer.java看看(提醒：我这里使用的是源码4.1)

主要注意的有两点：

1、静态代码块：

  1. static {
  2. System.loadLibrary("media_jni");
  3. native_init();
  4. }

2、native_init的签名：

  1. private static native final void native_init();

看到静态代码块后，我们可以知道MediaPlayer对应的jni层代码在Media_jni.so库中

本地层对应的so库是libmedia.so，所以MediaPlayer.java通过Media_jni.so和MediaPlayer.cpp(libmedia.so)进行交互

下面我们就深入到细节吧。不过在深入细节前，我先要告诉你一个规则，在Android中，通常java层类和jni层类的名字有如下关系，拿
MediaPlayer为例，java层叫android.media.MediaPlayer.java，那么jni层叫做
android_media_MediaPlayer.cpp

由于native_init是一个本地方法，那么我们就到android_media_MediaPlayer.cpp找到native_init的对应方法吧

  1. static void
  2. android_media_MediaPlayer_native_init(JNIEnv *env)
  3. {
  4. jclass clazz;
  5. clazz = env->FindClass("android/media/MediaPlayer");
  6. if (clazz == NULL) {
  7. return;
  8. }
  9. fields.context = env->GetFieldID(clazz, "mNativeContext", "I");
  10. if (fields.context == NULL) {
  11. return;
  12. }
  13. fields.post_event = env->GetStaticMethodID(clazz, "postEventFromNative",
  14. "(Ljava/lang/Object;IIILjava/lang/Object;)V");
  15. if (fields.post_event == NULL) {
  16. return;
  17. }
  18. fields.surface_texture = env->GetFieldID(clazz, "mNativeSurfaceTexture", "I");
  19. if (fields.surface_texture == NULL) {
  20. return;
  21. }
  22. }

对
应上面的代码，如果你对java中的反射理解得很透彻的话，其实很好理解，首先找到java层的MediaPlayer的Class对象，jclass是
java层Class在native层的代码，然后分别保存mNaviceContext字段，postEventFromNative方
法，mNativeSurfaceTexture字段。

其
实这里我最想说明的是另外一个问题，就是MediaPlayer中的native_init方法时如何跟
android_media_MediaPlayer.cpp中的android_media_MediaPlayer_native_init对应起来
的，因为我们知道如果使用javah自动生成的头文件，那么在jni层的名字应该是
java_android_media_MediaPlayer_native_linit。其实这里涉及到一个动态注册的过程。

其实在java层代用System.loadLibrary成功后，就会调用jni文件中的JNI_onLoad方法，android_media_MediaPlayer.cpp中的JNI_onLoad方法如下(截取部分)

  1. jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
  2. {
  3. JNIEnv* env = NULL;
  4. jint result = -1;
  5. if (vm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
  6. ALOGE("ERROR: GetEnv failed\n");
  7. goto bail;
  8. }
  9. assert(env != NULL);
  10. if (register_android_media_MediaPlayer(env) < 0) {
  11. ALOGE("ERROR: MediaPlayer native registration failed\n");
  12. goto bail;
  13. }
  14. /* success -- return valid version number */
  15. result = JNI_VERSION_1_4;
  16. bail:
  17. return result;
  18. }

这里有一个方法叫做register_android_media_MediaPlayer，我们进入此方法，看看注册了什么

  1. static int register_android_media_MediaPlayer(JNIEnv *env)
  2. {
  3. return AndroidRuntime::registerNativeMethods(env,
  4. "android/media/MediaPlayer", gMethods, NELEM(gMethods));
  5. }

这里就是调用了AndroidRuntime提供的registerNativeMethods方法，这里涉及到一个gMethods的变量，它其实是一个结构体

  1. typedef struct {
  2. const char* name;
  3. const char* signature;
  4. void* fnPtr;
  5. } JNINativeMethod;

name：就是在java层方法名称

signature：就是方法在签名

fnPtr：在jni层对应的函数名称

，那么我们找到native_init在gMethods对应的值吧

  1. static JNINativeMethod gMethods[] = {
  2. {
  3. "_setDataSource",
  4. "(Ljava/lang/String;[Ljava/lang/String;[Ljava/lang/String;)V",
  5. (void *)android_media_MediaPlayer_setDataSourceAndHeaders
  6. },
  7. ....
  8. {"native_init",         "()V",                              (void *)android_media_MediaPlayer_native_init},
  9. ...
  10. };

接下来，我们看看AndroidRuntime中的registerNativeMethods做了什么吧

  1. /*static*/ int AndroidRuntime::registerNativeMethods(JNIEnv* env,
  2. const char* className, const JNINativeMethod* gMethods, int numMethods)
  3. {
  4. return jniRegisterNativeMethods(env, className, gMethods, numMethods);
  5. }

调用了jniRegisterNativeMethods

  1. extern "C" int jniRegisterNativeMethods(C_JNIEnv* env, const char* className,
  2. const JNINativeMethod* gMethods, int numMethods)
  3. {
  4. JNIEnv* e = reinterpret_cast<JNIEnv*>(env);
  5. ALOGV("Registering %s natives", className);
  6. scoped_local_ref<jclass> c(env, findClass(env, className));
  7. if (c.get() == NULL) {
  8. ALOGE("Native registration unable to find class '%s', aborting", className);
  9. abort();
  10. }
  11. if ((*env)->RegisterNatives(e, c.get(), gMethods, numMethods) < 0) {
  12. ALOGE("RegisterNatives failed for '%s', aborting", className);
  13. abort();
  14. }
  15. return 0;
  16. }

最终调用了env的RegisterNativers完成了注册。

其实写到这里，我们已经知道了java层和jni是如何联系起来的，接下来我想说的是jni是如何将java层和native联系起来的，还是用MediaPlayer为例吧，我们进入MediaPlayer的构造函数。

  1. public MediaPlayer() {
  2. Looper looper;
  3. if ((looper = Looper.myLooper()) != null) {
  4. mEventHandler = new EventHandler(this, looper);
  5. } else if ((looper = Looper.getMainLooper()) != null) {
  6. mEventHandler = new EventHandler(this, looper);
  7. } else {
  8. mEventHandler = null;
  9. }
  10. /* Native setup requires a weak reference to our object.
  11. * It's easier to create it here than in C++.
  12. */
  13. native_setup(new WeakReference<MediaPlayer>(this));
  14. }

这里创建了一个mEventHandler对象，并调用了native_setup方法，我们进入到android_media_MediaPlayer.cpp的对应方法看看

  1. static void
  2. android_media_MediaPlayer_native_setup(JNIEnv *env, jobject thiz, jobject weak_this)
  3. {
  4. ALOGV("native_setup");
  5. sp<MediaPlayer> mp = new MediaPlayer();
  6. if (mp == NULL) {
  7. jniThrowException(env, "java/lang/RuntimeException", "Out of memory");
  8. return;
  9. }
  10. // create new listener and give it to MediaPlayer
  11. sp<JNIMediaPlayerListener> listener = new JNIMediaPlayerListener(env, thiz, weak_this);
  12. mp->setListener(listener);
  13. // Stow our new C++ MediaPlayer in an opaque field in the Java object.
  14. setMediaPlayer(env, thiz, mp);
  15. }

这里创建了一个本地MediaPlayer对象，并且设置了listener,(如果做过播放器的同学应该知道这个listener应该知道干啥，不知道也没关系)，最后调用了setMediaPlayer方法，这个才是我们需要关注的。

  1. static sp<MediaPlayer> setMediaPlayer(JNIEnv* env, jobject thiz, const sp<MediaPlayer>& player)
  2. {
  3. Mutex::Autolock l(sLock);
  4. sp<MediaPlayer> old = (MediaPlayer*)env->GetIntField(thiz, fields.context);
  5. if (player.get()) {
  6. player->incStrong(thiz);
  7. }
  8. if (old != 0) {
  9. old->decStrong(thiz);
  10. }
  11. env->SetIntField(thiz, fields.context, (int)player.get());
  12. return old;
  13. }

其实就是先拿到fields.context的对应的值，还记得这个这个值是什么吗，不记得的可以回到上面看看

  1. fields.context = env->GetFieldID(clazz, "mNativeContext", "I");

其实就是java层mNativeContext对应的值，就是将本地MediaPlayer的地址存放到mNativeContext中。

现在加入我们要播放一个本地Mp4视频，那么使用如下代码即可

  1. mediaPlayer.setDataSource("/mnt/sdcard/a.mp4");
  2. mediaPlayer.setDisplay(surface1.getHolder());
  3. mediaPlayer.prepare();
  4. mediaPlayer.start();

其实这里调用的 几个都是本地方法，这里我就是用prepare方法为例，讲解MediaPlaeyr.java和MediaPlayer.cpp的交互

当在java层调用prepare方法时，在jni层会调用如下方法

  1. static void
  2. android_media_MediaPlayer_prepare(JNIEnv *env, jobject thiz)
  3. {
  4. sp<MediaPlayer> mp = getMediaPlayer(env, thiz);
  5. if (mp == NULL ) {
  6. jniThrowException(env, "java/lang/IllegalStateException", NULL);
  7. return;
  8. }
  9. // Handle the case where the display surface was set before the mp was
  10. // initialized. We try again to make it stick.
  11. sp<ISurfaceTexture> st = getVideoSurfaceTexture(env, thiz);
  12. mp->setVideoSurfaceTexture(st);
  13. process_media_player_call( env, thiz, mp->prepare(), "java/io/IOException", "Prepare failed." );
  14. }

这里通过getMediaPlayer方法拿到本地的MediaPlayer对象，调用调用本地方法process_media_player_call，并将本地MediaPlayer调用parepare方法的结果传递给此方法。

  1. static void process_media_player_call(JNIEnv *env, jobject thiz, status_t opStatus, const char* exception, const char *message)
  2. {
  3. if (exception == NULL) {  // Don't throw exception. Instead, send an event.
  4. if (opStatus != (status_t) OK) {
  5. sp<MediaPlayer> mp = getMediaPlayer(env, thiz);
  6. if (mp != 0) mp->notify(MEDIA_ERROR, opStatus, 0);
  7. }
  8. } else {  // Throw exception!
  9. if ( opStatus == (status_t) INVALID_OPERATION ) {
  10. jniThrowException(env, "java/lang/IllegalStateException", NULL);
  11. } else if ( opStatus == (status_t) PERMISSION_DENIED ) {
  12. jniThrowException(env, "java/lang/SecurityException", NULL);
  13. } else if ( opStatus != (status_t) OK ) {
  14. if (strlen(message) > 230) {
  15. // if the message is too long, don't bother displaying the status code
  16. jniThrowException( env, exception, message);
  17. } else {
  18. char msg[256];
  19. // append the status code to the message
  20. sprintf(msg, "%s: status=0x%X", message, opStatus);
  21. jniThrowException( env, exception, msg);
  22. }
  23. }
  24. }
  25. }

在这个里面根据prepare返回的状态，如果exception==null 并且prepare执行失败，测试不抛异常，而是调用本地MediaPlayer的notify方法。

  1. void MediaPlayer::notify(int msg, int ext1, int ext2, const Parcel *obj)
  2. {
  3. ALOGV("message received msg=%d, ext1=%d, ext2=%d", msg, ext1, ext2);
  4. bool send = true;
  5. bool locked = false;
  6. ...
  7. switch (msg) {
  8. case MEDIA_NOP: // interface test message
  9. break;
  10. case MEDIA_PREPARED:
  11. ALOGV("prepared");
  12. mCurrentState = MEDIA_PLAYER_PREPARED;
  13. if (mPrepareSync) {
  14. ALOGV("signal application thread");
  15. mPrepareSync = false;
  16. mPrepareStatus = NO_ERROR;
  17. mSignal.signal();
  18. }
  19. break;
  20. case MEDIA_PLAYBACK_COMPLETE:
  21. ALOGV("playback complete");
  22. if (mCurrentState == MEDIA_PLAYER_IDLE) {
  23. ALOGE("playback complete in idle state");
  24. }
  25. if (!mLoop) {
  26. mCurrentState = MEDIA_PLAYER_PLAYBACK_COMPLETE;
  27. }
  28. break;
  29. case MEDIA_ERROR:
  30. // Always log errors.
  31. // ext1: Media framework error code.
  32. // ext2: Implementation dependant error code.
  33. ALOGE("error (%d, %d)", ext1, ext2);
  34. mCurrentState = MEDIA_PLAYER_STATE_ERROR;
  35. if (mPrepareSync)
  36. {
  37. ALOGV("signal application thread");
  38. mPrepareSync = false;
  39. mPrepareStatus = ext1;
  40. mSignal.signal();
  41. send = false;
  42. }
  43. break;
  44. case MEDIA_INFO:
  45. // ext1: Media framework error code.
  46. // ext2: Implementation dependant error code.
  47. if (ext1 != MEDIA_INFO_VIDEO_TRACK_LAGGING) {
  48. ALOGW("info/warning (%d, %d)", ext1, ext2);
  49. }
  50. break;
  51. case MEDIA_SEEK_COMPLETE:
  52. ALOGV("Received seek complete");
  53. if (mSeekPosition != mCurrentPosition) {
  54. ALOGV("Executing queued seekTo(%d)", mSeekPosition);
  55. mSeekPosition = -1;
  56. seekTo_l(mCurrentPosition);
  57. }
  58. else {
  59. ALOGV("All seeks complete - return to regularly scheduled program");
  60. mCurrentPosition = mSeekPosition = -1;
  61. }
  62. break;
  63. case MEDIA_BUFFERING_UPDATE:
  64. ALOGV("buffering %d", ext1);
  65. break;
  66. case MEDIA_SET_VIDEO_SIZE:
  67. ALOGV("New video size %d x %d", ext1, ext2);
  68. mVideoWidth = ext1;
  69. mVideoHeight = ext2;
  70. break;
  71. case MEDIA_TIMED_TEXT:
  72. ALOGV("Received timed text message");
  73. break;
  74. default:
  75. ALOGV("unrecognized message: (%d, %d, %d)", msg, ext1, ext2);
  76. break;
  77. }
  78. sp<MediaPlayerListener> listener = mListener;
  79. if (locked) mLock.unlock();
  80. // this prevents re-entrant calls into client code
  81. if ((listener != 0) && send) {
  82. Mutex::Autolock _l(mNotifyLock);
  83. ALOGV("callback application");
  84. listener->notify(msg, ext1, ext2, obj);
  85. ALOGV("back from callback");
  86. }
  87. }

做过播放器的同学应该对上面几个消息都不陌生吧，由于刚才调用prepare方法失败了，所以这里应该执行MEDIA_ERROR分支，最后调用listener的notify代码，这个listener就是在native_setup中设置的

  1. void JNIMediaPlayerListener::notify(int msg, int ext1, int ext2, const Parcel *obj)
  2. {
  3. JNIEnv *env = AndroidRuntime::getJNIEnv();
  4. if (obj && obj->dataSize() > 0) {
  5. jobject jParcel = createJavaParcelObject(env);
  6. if (jParcel != NULL) {
  7. Parcel* nativeParcel = parcelForJavaObject(env, jParcel);
  8. nativeParcel->setData(obj->data(), obj->dataSize());
  9. env->CallStaticVoidMethod(mClass, fields.post_event, mObject,
  10. msg, ext1, ext2, jParcel);
  11. }
  12. } else {
  13. env->CallStaticVoidMethod(mClass, fields.post_event, mObject,
  14. msg, ext1, ext2, NULL);
  15. }
  16. if (env->ExceptionCheck()) {
  17. ALOGW("An exception occurred while notifying an event.");
  18. LOGW_EX(env);
  19. env->ExceptionClear();
  20. }
  21. }

还记得fields.post_event保存的是什么吗

  1. fields.post_event = env->GetStaticMethodID(clazz, "postEventFromNative",
  2. "(Ljava/lang/Object;IIILjava/lang/Object;)V");

就是java层MediaPlayer的postEventFromNative方法，也就是说如果播放出错了，那么就通过调用postEventFromNative方法来告诉java层的MediaPlayer。

  1. private static void postEventFromNative(Object mediaplayer_ref,
  2. int what, int arg1, int arg2, Object obj)
  3. {
  4. MediaPlayer mp = (MediaPlayer)((WeakReference)mediaplayer_ref).get();
  5. if (mp == null) {
  6. return;
  7. }
  8. if (what == MEDIA_INFO && arg1 == MEDIA_INFO_STARTED_AS_NEXT) {
  9. // this acquires the wakelock if needed, and sets the client side state
  10. mp.start();
  11. }
  12. if (mp.mEventHandler != null) {
  13. Message m = mp.mEventHandler.obtainMessage(what, arg1, arg2, obj);
  14. mp.mEventHandler.sendMessage(m);
  15. }
  16. }

这个时间最终通过mEventHandler处理，也就是在我们app进程中处理这个错误。

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