Android架构师之路-JNI与NDK编程知识基础详解(c++音视频编码基础)-android ndk jni

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前沿小记

1、Android架构师要学习的知识点有很多，后面我会总结下关于Android开发中jni和ndk开发的知识点，当前基础是越牢固越好，后期学习起来就不会太累，一点就懂;
2、今天我们就来总结下jni和ndk的基础知识点;
3、Android 平台从一开就已经支持了C/C++了。我们知道Android的SDK主要是基于Java的，所以导致了在用Android SDK进行开发的工程师们都必须使用Java语言。不过，Google从一开始就说明Android也支持JNI编程方式，也就是第三方应用完成可以通过JNI调用自己的C动态度;

一、什么是ndk

NDK提供了一系列的工具，帮助开发者快速开发C(或C++)的动态库，并能自动将so和java应用一起打包成apk。这些工具对开发者的帮助是巨大的;
NDK集成了交叉编译器，并提供了相应的mk文件隔离CPU、平台、ABI等差异，开发人员只需要简单修改mk文件(指出“哪些文件需要编译”、“编译特性要求”等)，就可以创建出so;
NDK可以自动地将so和Java应用一起打包，极大地减轻了开发人员的打包工作;
NDK提供了一份稳定、功能有限的API头文件声明;Google明确声明该API是稳定的，在后续所有版本中都稳定支持当前发布的API。从该版本的NDK中看出，这些API支持的功能非常有限，包含有：C标准库(libc)、标准数学库(libm)、压缩库(libz)、Log库(liblog);
NDK的发布，使“Java+C”的开发方式终于转正，成为官方支持的开发方式;
使用NDK，我们可以将要求高性能的应用逻辑使用C开发，从而提高应用程序的执行效率;
使用NDK，我们可以将需要保密的应用逻辑使用C开发。毕竟，Java包都是可以反编译的;
NDK促使专业so组件商的出现：比如视频库的编译、音频库、图片库滤镜等等;
NDK将使Android平台支持C开发的开端;NDK提供了的开发工具集合，使开发人员可以便捷地开发、发布C组件。同时，Google承诺在NDK后续版本中提高“可调式”能力，即提供远程的gdb工具，使我们可以便捷地调试C源码;

二、为什么使用NDK

在平台之间移植其应用;

重复使用现在库，或者提供其自己的库重复使用;

在某些情况下提性能，特别是像游戏这种计算密集型应用;

使用第三方库，现在许多第三方库都是由C/C++库编写的，比如Ffmpeg这样库;

不依赖于Dalvik Java虚拟机的设计;

代码的保护。由于APK的Java层代码很容易被反编译，而C/C++库反编译难度大;

三、jni详解

1、jni是什么?以及和ndk关系

JNI，全称为Java Native Interface，即Java本地接口，JNI是Java调用Native 语言的一种特性。通过JNI可以使得Java与C/C++机型交互。即可以在Java代码中调用C/C++等语言的代码或者在C/C++代码中调用Java代码。由于JNI是JVM规范的一部分，因此可以将我们写的JNI的程序在任何实现了JNI规范的Java虚拟机中运行;
在Android Framework中，需要提供一种媒介或桥梁，将Java层(上层)与C/C++层(下层)有机的联系起来，使得他们互相协调完成某些任务。而充当这种媒介的就是Java本地接口(JNI，Java Native Interface);
JNI提供一些列的接口，允许Java类与C/C++等本地编辑语言(在JNI中，这些语言被称为本地语言)编写的应用程序、模块、库进行交互操作。比如，在Java类中使用C语言库中的函数或在C语言中使用 Java类库，都需要借助JNI;
Android NDK是一个开发工具集，提供一系列工具快速开发C/C++的动态库，并能自动将 .so/.dll 和 Java 应用一起打包到Apk;NDK提供工具可以方便JNI调用C/C++,而且提供了交叉编译器可以修改.mk文件生成特定CPU平台的动态库，并能将so和java应用一起打包到apk中;简单说就是JNI负责Java与C/C++进行互相操作，NDK提供工具方便在Android平台使用JNI;

2、JNI开发流程的步骤

在Java中先声明一个native方法;
编译Java源文件javac得到.class文件;
通过javah -jni命令导出JNI的.h头文件;
使用Java需要交互的本地代码，实现在Java中声明的Native方法;
将本地代码编译成动态库(Windows系统下是.dll文件，如果是Linux系统下是.so文件，如果是Mac系统下是.jnilib);
通过Java命令执行Java程序，最终实现Java调用本地代码;

3、 JNI数据结构

JNI函数表的组成就像C++的虚函数表。虚拟机可以运行多张函数表，举例来说，一张调试函数表，另一张是调用函数表。JNI接口指针仅在当前线程中起作用。这意味着指针不能从一个线程进入另一个线程，然而，可以在不同的咸亨中调用本地方法;

jdouble test (JNIEnv *env, jobject obj, jint i, jstring s) 
{ 
     const char *str = (*env)->GetStringUTFChars(env, s, 0);  
     (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, s, str);  
     return 10; 
}

JNI有自己的原始数据类型和数据引用类型如下

四、jni交互原理详解

1、JavaVM

JavaVM是Java虚拟机在JNI层的代表，JNI全局仅仅有一个JavaVM结构中封装了一些函数指针(或叫函数表结构)，JavaVM中封装的这些函数指针主要是对JVM操作接口。另外，在C和C++中的JavaVM的定义有所不同，在C中JavaVM是JNIInvokeInterface_类型指针，而在C++中有对JNIInvokeInterface_进行了一次封装，比C中少了一个参数，这也是为什么JNI代码更推荐使用C++来编写的原因;

2、JNIEnv

JNIEnv是一个线程相关的结构体，该结构体代表了Java在本线程的执行环境

JNIEnv是当前Java线程的执行环境，一个JVM对应一个JavaVM结构，而一个JVM中可能创建多个Java线程，每个线程对应一个JNIEnv结构，它们保存在线程本地存储TLS中。因此，不同的线程的JNIEnv是不同，也不能相互共享使用。JNIEnv结构也是一个函数表，在本地代码中通过JNIEnv的函数表来操作Java数据或者调用Java方法。也就是说，只要在本地代码中拿到了JNIEnv结构，就可以在本地代码中调用Java代码;

调用Java 函数：JNIEnv代表了Java执行环境，能够使用JNIEnv调用Java中的代码;

操作Java代码：Java对象传入JNI层就是jobject对象，需要使用JNIEnv来操作这个Java对象;

3、JNIEnv和JavaVM的区别

JavaVM：JavaVM是Java虚拟机在JNI层的代表，JNI全局仅仅有一个;
JNIEnv：JavaVM 在线程中的代码，每个线程都有一个，JNI可能有非常多个JNIEnv;

4、JNIEnv与线程

JNIEnv是线程相关的，即在每一个线程中都有一个JNIEnv指针，每个JNIEnv都是线程专有的，其他线程不能使用本线程中的JNIEnv，即线程A不能调用线程B的JNIEnv,所以JNIEnv不能跨线程;
JNIEnv只在当前线程有效：JNIEnv仅仅在当前线程有效;
JNIEnv不能在线程之间进行传递，在同一个线程中，多次调用JNI层方便，传入的JNIEnv是同样的;
本地方法匹配多个JNIEnv：在Java层定义的本地方法，能够在不同的线程调用，因此能够接受不同的JNIEnv;

5、JNIEnv结构

6、JNIEnv相关的常用函数

创建Java中的对象 
    jobject     (*NewObject)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, ...); 
    jobject     (*NewObjectV)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, va_list); 
    jobject     (*NewObjectA)(JNIEnv*, jclass, jmethodID, const jvalue*); 
字符串相关 
  jstring     (*NewString)(JNIEnv*, const jchar*, jsize); 
    jsize       (*GetStringLength)(JNIEnv*, jstring); 
    const jchar* (*GetStringChars)(JNIEnv*, jstring, jboolean*); 
    void        (*ReleaseStringChars)(JNIEnv*, jstring, const jchar*); 
    jstring     (*NewStringUTF)(JNIEnv*, const char*); 
    jsize       (*GetStringUTFLength)(JNIEnv*, jstring); 
    /* JNI spec says this returns const jbyte*, but that's inconsistent */ 
    const char* (*GetStringUTFChars)(JNIEnv*, jstring, jboolean*); 
获取数组相关 
 jsize GetArrayLength(jarray array) 
{ return functions->GetArrayLength(this, array); } 
jobject GetObjectArrayElement(JNIEnv *env, 
jobjectArray array, jsize index);

总结：

以上是学习jni的基础知识点，必须理解的，不懂的就问就学;
jni还有很多知识点，比如动态注册，静态注册等等;
要学习一点c语言和c++的基础知识点，后面会讲到总结。

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