Java中JNI的使用（上）

JNI 全称是 Java Native Interface。是在 Java 和 Native 层（包括但不限于C/C++）相互调用的接口规范。

JNI 在 Java 1.1中正式推出，在 Java 1.2版本中加入了 JNI_OnLoad、JNI_OnUnload 方法，这两个方法还是很有用的，后面再说。

JNI基础篇

Java 通过 JNI 调用本地方法的过程大致是：

写一个 Java 类，在其中声明对应要调用的 native 方法，用 native 关键字修饰。 比如 private static native int native_newInstance();
通过 javah 命令生成 Java 类对应的 C/C++ 头文件。javah -encoding utf-8 -cp src com.young.soundtouch.SoundTouch；
在 C/C++ 中实现头文件中声明的函数；
编译 C/C++ 代码为动态库（Windows中的dll、Linux/Android 中的 so、MAC OSX 中的 dylib）；
在 Java 代码中加载动态库，即可像调用 Java 方法一样，调用到 native 函数。
其中第3步在 Java 1.2 中增加了 JNI_OnLoad 方法之后有另一种实现方式（后面说）。

javah 生成的头文件大致是这样的：

/ DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated /
#include <jni.h>
/ Header for class com_young_soundtouch_SoundTouch /

#ifndef _Included_com_young_soundtouch_SoundTouch
#define _Included_com_young_soundtouch_SoundTouch
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
#undef com_young_soundtouch_SoundTouch_SETTING_USE_AA_FILTER
#define com_young_soundtouch_SoundTouch_SETTING_USE_AA_FILTER 0L
/*

• Class: com_young_soundtouch_SoundTouch
• Method: native_getDefaultSampleElementSize
• Signature: ()I
  /
  JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_young_soundtouch_SoundTouch_native_1getDefaultSampleElementSize
  (JNIEnv , jclass);
  #ifdef __cplusplus
  }
  #endif
  #endif
  文件开头就是普通的头文件，但是可以发现：

包含了 jni.h 头文件（一般位于 $JAVA_HOME/jd{jdk-version}/include 文目录内）。这是 JNI 中所有的类型、函数、宏等定义的地方。所以C/C++世界的JNI是由他制定的游戏规则。
在类中生命的常量（static final）类型会在头文件中以宏的形式出现，这一点还是很方便的。
函数的注释还是比较全的，包括了：
对应的 class
对应的 Java 方法名
对应 Java 方法的签名
方法的声明显得有点奇怪，由以下及部分组成：
JNIEXPORT这是函数的导出方式；
jint 返回值类型（jint 由 jni.h 定义，对应 int，下面具体再说吧）；
JNICALL 函数的调用方式也就是汇编级别参数的传入方式；
Java_com_young_soundtouch_SoundTouch_native1getDefaultSampleElementSize —— 超级长的函数名！！！格式是 Java + 类全名 + + JAVA 中声明的native方法名。其中会把包名中的点（.）替换成下划线（），同时为了避免冲突把下划线替换成_1；
方法的参数，上面的这个方法在 Java 的声明中实际上是没有参数的，其中的 JNIENV 顾名思义是 JNI 环境，和具体的线程绑定。而第二个参数 jclass 其实是 Java 中的 Class。因为上面是一个 static 方法，因此第二个参数是 jclass。如果是一个实例方法则对应第二个参数是 jobject，相当于 Java中的 this。
下面在 C/C++ 中实现这个方法就行啦。但是在动手前现大致了解以下 jni.h 制定的游戏规则。

类型转换

javah 生成的头文件里面使用的类型都是 jni.h 定义的，目的是做到平台无关，比如保证在所有平台上 jint 都是32位的有符号整型。

基本对应关系如下：

引用类型对应关系：

通过表格发现，除了上面定义的 String、Class、Throwable，其他的类（除了数组）都是以 jobject 的形式出现的！事实上 jstring、 jclass 也都是 object 的子类。所以这里还是和 Java 层一样，一切皆 jobject。（当然，如果 jni 在 C 语言中编译的话是没有继承的概念的，此时 jstring、jclass 等其实就是 jobject！用了 typedef 转换而已！！）

接下来是 JNIEnv * 这个指针，它提供了 JNI 中的一系列操作的接口函数。

JNI 中操作 jobject

其实也就是在native层操作 Java 层的实例。 要操作一个实例无疑是：

获取/设置 （即 get/set ）成员变量（field）的值；
调用成员方法（method）。
所以问题来了：（挖掘机技术哪家强？！ o(*≧▽≦)ツ┏━┓ ）

怎么得到 field 和 method？

通过使用 jfieldID 和 jmethodID： 在 JNI 中使用类似于放射的方式来进行 field 和 method 的操作。JNI 中使用j fieldID 和 jmethodID 来表示成员变量和成员方法，获取方式是：

jfieldID GetFieldID(jclass clazz, const char name, const char sig);
jfieldID GetStaticFieldID(jclass clazz, const char name, const char sig);
jmethodID GetMethodID(jclass clazz, const char name, const char sig);
jmethodID GetStaticMethodID(jclass clazz, const char name, const char sig) ;
其中最后一个参数是签名。 获取jclass的方法除了实用上面静态方法的第二个参数外，还可以手动获取。 jclass FindClass(const char *name) 需要注意的是name参数，他是一个类包括包名的全称，但是需要把包名中的点.替换成斜杠/。（好吧，事实上我不是太明白为啥要这么做。）

有了 jfieldID 和 jmethodID 就知道狗蛋住哪了，现在去狗蛋家找他玩 ♪(^∇^*)

1. get:

<type> Get<type>Field(jobject , jfieldID); 即可获得对应的field，其中field的类型是type，可以是上面类型所叙述的任何一种
<type> GetStatic<type>Field(jobject , jfieldID); 同1，唯一的区别是用来获取静态成员。

2. set:

void Set<type>Field(jobject obj, jfieldID fieldID, <type> val)
void SetStatic<type>Field(jclass clazz, jfieldID fieldID, <type> value);
成员方法：

调用方法自然要把方法的参数传递进去，JNI中实现了三种参数的传递方式：

Call<type>Method(jobject obj, jmethod jmethodID, ...) 其中 ... 是 C 中的可变长参数，类似于 printf 那样，可以传递不定长个参数。于是你可以把 Java 方法需要的参数在这里面传递进去。
Call<type>MethodV(jobject obj, jmethodID methodID, va_list args) 其中的 va_list 也是 C 中可变长参数相关的内容（我不了解，不敢瞎说，偷懒粘一下Oracle的文档）“Programmers place all arguments to the method in an args argument of type va_list that immediately follows the methodID argument. The CallMethodV routine accepts the arguments, and, in turn, passes them to the Java method that the programmer wishes to invoke.”
Call<type>MethodA(jobject obj, jmethodID methodID, const jvalue args) 哎！这个我知道可以说两句 LOL ~~这里的 jvalue 通过查代码发现就是 JNI 中各个数据类型的 union，所以可以使用任何类型复制！所以参数的传入方式是通过一个 jvalue 的数组，数组内的元素可以是任何 jni 类型。
然后问题又来了：（挖掘机技术到底哪家强？！o(≧▽≦)ツ┏━┓） 如果传进来的参数和java声明的参数的不一致会怎么样！（即不符合方法签名）这里文档中没用明确解释，但是说道： > Exceptions raised during the execution of the Java method.

typedef union jvalue {
jboolean z;
jbyte b;
jchar c;
jshort s;
jint i;
jlong j;
jfloat f;
jdouble d;
jobject l;
} jvalue;

1. 调用实例方法（instance method）：

<type> Call<type>Method(jobject obj, jmethodID methodID, ...); 调用一个具有<type>类型返回值的方法。
<type> Call<type>MethodV(jobject obj, jmethodID methodID, va_list args);
Call<type>MethodA(jobject obj, jmethodID methodID, const jvalue * args)

2. 调用静态方法（static method）：

<type> CallStatic<type>Method(jobject obj, jmethodID methodID, ...);
<type> CallStatic<type>MethodV(jobject obj, jmethodID methodID, va_list args);
CallStatic<type>MethodA(jobject obj, jmethodID methodID, const jvalue * args)

3. 调用父类方法（super.method)，这个就有点不一样了。多了一个 jclass 参数，jclass 可以使 obj 的父类，也可以是 obj 自己的class，但是 methodID 必须是从 jclass 获取到的，这样就可以调用到父类的方法。

<type> CallNonvirtual<type>Method(jobject obj, jclass clazz, jmethodID methodID, ...)
<type> CallNonvirtual<type>MethodV(JNIEnv env, jobject obj, jclass clazz, jmethodID methodID, va_list args);
<type> CallNonvirtual<type>MethodA(JNIEnv env, jobject obj, jclass clazz, jmethodID methodID, const jvalue *args);