ew的小天地 科技 什么是JNI?为什么会有Native层?如何使用?

什么是JNI?为什么会有Native层?如何使用?

什么是JNI?

什么是JNI?为什么会有Native层?如何使用?

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->GetObjectClass(const_cast<jobject>(contextObject));n jmethodID pm_id = env->GetMethodID(native_class, "getPackageManager", "()Landroid/content/pm/PackageManager;");n jobject pm_obj = env->CallObjectMethod(const_cast<jobject>(contextObject), pm_id);n jclass pm_clazz = env->GetObjectClass(pm_obj);n jmethodID package_info_id = env->GetMethodID(pm_clazz, "getPackageInfo","(Ljava/lang/String;I)Landroid/content/pm/PackageInfo;");nn // 获得应用包的信息n jobject pi_obj = NULL;nn //GET_SIGNATURES 64n pi_obj = env->CallObjectMethod(pm_obj, package_info_id, package_name, 64);nn ...**

上述代码如果package_name查找不到就会报如下异常

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捕获异常

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释放资源

什么是JNI?为什么会有Native层?如何使用?

Native 提供了 ExceptionOccurredExceptionCheck 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

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

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

*** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** ***nBuild fingerprint: 'Android-x86/android_x86/x86:5.1.1/LMY48W/woshijpf04211939:eng/test-keys'nRevision: '0'nABI: 'x86'npid: 1019, tid: 1019, name: surfaceflinger >>> /system/bin/surfaceflinger <<<nsignal 11 (SIGSEGV), code 1 (SEGV_MAPERR), fault addr 0x4n eax a6265c06 ebx b7467d88 ecx b7631a22 edx a6265c06n esi 00000000 edi b6867140n xcs 00000073 xds 0000007b xes 0000007b xfs 00000000 xss 0000007bn eip b745a639 ebp bfcfc1e8 esp bfcfc150 flags 00010282nnbacktrace:n #00 pc 00006639 /system/lib/libui.so (android::Fence::waitForever(char const*)+41)n #01 pc 00034b86 /system/lib/libsurfaceflinger.son #02 pc 0003229e /system/lib/libsurfaceflinger.son #03 pc 0002cb9c /system/lib/libgui.so (android::BufferQueue::ProxyConsumerListener::onFrameAvailable(android::BufferItem const&)+652)n #04 pc 000342f4 /system/lib/libgui.so (android::BufferQueueProducer::queueBuffer(int, android::IGraphicBufferProducer::QueueBufferInput const&, android::IGraphicBufferProducer::QueueBufferOutput*)+2580)n #05 pc 0004eafb /system/lib/libgui.so (android::Surface::queueBuffer(ANativeWindowBuffer*, int)+411)n #06 pc 0004ce06 /system/lib/libgui.so (android::Surface::hook_queueBuffer(ANativeWindow*, ANativeWindowBuffer*, int)+38)n #07 pc 00014bc6 /system/lib/egl/libGLES_android.son #08 pc 00017f73 /system/lib/egl/libGLES_android.so (eglSwapBuffers+163)n #09 pc 00015fdb /system/lib/libEGL.so (eglSwapBuffers+203)n #10 pc 000013ea /system/lib/hw/hwcomposer.x86.son #11 pc 00034730 /system/lib/libsurfaceflinger.son #12 pc 000256d4 /system/lib/libsurfaceflinger.son #13 pc 00024bf4 /system/lib/libsurfaceflinger.son #14 pc 000236fb /system/lib/libsurfaceflinger.son #15 pc 0002338a /system/lib/libsurfaceflinger.son #16 pc 0001e0ff /system/lib/libsurfaceflinger.son #17 pc 0001d9ce /system/lib/libutils.so (android::Looper::pollInner(int)+926)n #18 pc 0001db73 /system/lib/libutils.so (android::Looper::pollOnce(int, int*, int*, void**)+67)n #19 pc 0001e561 /system/lib/libsurfaceflinger.son #20 pc 00022ce7 /system/lib/libsurfaceflinger.so (android::SurfaceFlinger::run()+39)n #21 pc 00000ca3 /system/bin/surfaceflingern #22 pc 0001365a /system/lib/libc.so (__libc_init+106)n #23 pc 00000da8 /system/bin/surfaceflingernnstack:n bfcfc110 00000000 n bfcfc114 b6839270 n bfcfc118 00000000 n bfcfc11c 00000000 n bfcfc120 b68394e0 n bfcfc124 00000002 n bfcfc128 00000002 n bfcfc12c b75d8185 /system/lib/libutils.so (android::RefBase::incStrong(void const*) const+53)n bfcfc130 b6839270 n bfcfc134 bfcfc1e8 [stack]n bfcfc138 00000002 n bfcfc13c a6265c06 n bfcfc140 b7467d88 /system/lib/libui.son bfcfc144 00000000 n bfcfc148 b6867140 n bfcfc14c b745a639 /system/lib/libui.so (android::Fence::waitForever(char const*)+41)n #00 bfcfc150 b683af18 n bfcfc154 bfcfc1e8 [stack]n bfcfc158 00000000 n bfcfc15c 00000000 n bfcfc160 00000000 n bfcfc164 b683af18 n bfcfc168 b75ec9c4 /system/lib/libutils.son bfcfc16c b75d8285 /system/lib/libutils.so (android::RefBase::weakref_type::decWeak(void const*)+37)n bfcfc170 00000000 n bfcfc174 00000000 n bfcfc178 00000000 n bfcfc17c 00000000 n bfcfc180 b7642968 /system/lib/libsurfaceflinger.son bfcfc184 bfcfc1e8 [stack]n bfcfc188 b6867140 n bfcfc18c b7622b87 /system/lib/libsurfaceflinger.so

文件结构

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定位工具

  • addr2line

qinqundeMacBook-Pro% ./aarch64-linux-android-addr2line -C -f -e ~/Documents/DProtect2/mylibrary/build/intermediates/cmake/debug/obj/arm64-v8a/libnative-lib.so 0000000000157efcnJava_com_dofun_dprotect_lib_LocalWork_startn/Users/qinqun/Documents/DProtect2/mylibrary/src/main/cpp/native-lib.cpp:147

  • ndk-stack

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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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