Android NDK开发篇：Java与原生代码通信(数据操作)

时间：2024-01-03 20:55:32

虽然说使用NDK可以提高Android程序的执行效率，但是调用起来还是稍微有点麻烦。NDK可以直接使用Java的原生数据类型，而引用类型，因为Java的引用类型的实现在NDK被屏蔽了，所以在NDK使用Java的引用类型则要做相应的处理。

一、对引用数据类型的操作

虽然Java的引用类型的实现在NDK被屏蔽了，JNI还是提供了一组API，通过JNIEnv接口指针提供原生方法修改和使用Java的引用类型。

1、字符串操作

JNI把Java的字符串当作引用来处理，在NDK中使用Java的字符串，需要相关的API进行转换。JNI支持Unicode编码和UTF-8编码的字符串，有两组函数通过JNIEnv接口指针处理这些字符串编码：

jstring javaString = (*env)->NewStringUTF(env, "Hello World");

该方法生成一个的UTF-8编码字符串。

2、Java字符串转C字符串

要在原生方法中使用Java字符串，需要将Java字符串转成C字符串。可以调用GetStringChars函数：

  1. const jbyte *str;
  2. jboolean isCopy;
  3. str = (*env)->GetStringUTFChars(env, javaString, &isCopy);

第三个参数isCopy，可以用作判断该函数返回的字符串是否是Java字符串的副本，还是直接指向Java字符串的内存。

3、释放字符串

通过JNIEnv调用的GetStringChars和GetStringUTFChars函数获得的C字符串在使用完后要正确释放，否则就会造成内存泄漏。可通过ReleaseStringChars函数(用于释放Unicode)和ReleaseStringUTFChars函数(用于释放UTF-8)释放字符串。

  1. (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, javaString, str);
  2. (*env)->ReleaseStringChars(env, javaString, str);

二、数组操作

JNI把Java的数组也是当作引用类型处理的，不过JNI还是提供了函数操作Java数组的。

1、创建数组

直接用New<Type>Array函数可以创建数组实例。Type可以是原生数据类型，也可以是Object，使用相应的API传递参数确定大小。

  1. jintArray array;
  2. array = (*env)->NewIntArray(env, 10);
  3. if (0 == array) {
  4. // do it
  5. }

2、访问数组

JNI有两种方式可以访问Java数组，可以将数组的代码复制成C数组，然后再操作C数组，完成后提交修改，这样效率有点低。另外一办法是让JNI直接提供指向数组元素的指针。

方法一：使用副本，调用Get<Type>ArrayRegion函数复制，Set<Type>ArrayRegion函数提交修改

  1. // 将Java数组复制到C数组
  2. jintArray javaArray;
  3. jint array[10];
  4. // 复制数组
  5. (*env)->GetIntArrayRegion(env, javaArray, 0, 10, array);
  6. // do it
  7. // 提交修改
  8. (*env)->SetIntArrayRegion(env, javaArray, 0, 10, array);

当数组很大的时候，这个方法的效率就很低。

方法二：直接操作指针，调用Get<Type>ArrayElements函数获取数组的指针

  1. jint *array;
  2. jboolean isCopy;
  3. jintArray javaArray;
  4. array = (*env)->GetIntArrayElements(env, javaArray, &isCopy);

第三个参数isCopy的作用同Java字符串转C字符串，是否为Java数组的副本。

使用完之后，就要马上释放，否则会造成内存泄漏，释放函数是Release<Type>ArrayElements

  1. (*env)->ReleaseIntArrayElements(env, javaArray, array, 0);

第三个参数0代表将内容复制回来并释放原生数组。如果是JNI_COMMIT，则复制回来，但不释放。JNI_ABORT，释放但不复制回来。

三、NIO操作

JNI提供NIO操作函数，使Java可以使用的原生代码创建的缓冲区。相比数组操作，NIO缓冲区的数据传输性能更好，适合在原生代码和Java应用之间传输大量数据。

1、创建字节缓冲区，使用NewDirectByteBuffer方法

  1. unsigned char *buff = (unsigned char *) malloc(1024);
  2. jobject directBuff;
  3. directBuff = (*env)->NewDirectByteBuffer(env, buffer, 1024);

需要注意的是，原生方法的内存分配不在虚拟机的管理范围，所以需要手动管理内存避免内存泄漏。

2、获取Java字节缓冲区

Java也可以创建字节缓冲区，在原生方法中调用GetDirectBufferAddress函数获取原生字节数组的内存地址

  1. unsigned char *buff;
  2. jbyteArray directBuffer;
  3. // ...
  4. buffer = (unsigned char *) (*env)->GetDirectBufferAddress(env, directBuffer);

四、访问域

原生方法想要获取Java的成员变量和调用Java的成员函数，就要通过JNI提供的访问域方法。

Java有两种域，分别是实例域和静态域。类的对象有个自己实例域的副本，而类一个的所有对象共用同一个静态域。有一下Java类，JavaClass:

  1. public class JavaClass {
  2. private String instanceField = "instance filed";
  3. private static String staticField = "static filed";
  4. private String getInstanceField() {
  5. return instanceField;
  6. }
  7. private static String getStaticField() {
  8. return staticField;
  9. }
  10. }

1、获取域ID

JNI通过域ID来访问两种域，可以通过实例的获取class对象，然后获取域ID，使用GetObjectClass函数可以获得class对象

  1. jclass clazz;
  2. jobject instance;
  3. clazz = (*env)->GetObjectClass(env, instance);

根据域的类型不同，使用GetFieldId函数获取实例域ID，GetStaticFieldId获取静态域ID，返回类型均为jfieldID;

  1. jfieldID fieldId;
  2. // 获取实例域ID
  3. fieldId = (*env)->GetFieldID(env, clazz, "instanceField", "Ljava/lang/String;");
  4. // 获取静态域ID
  5. fieldId = (*env)->GetStaticFieldID(env, clazz, "staticField", "Ljava/lang/String;");

两个函数的最后一个参数是Java中表示域类型的域描述符。

可以缓存最频繁使用的域ID，这样可以提高性能。

2、获取域

获取域ID之后，就可以通过Get<Type>Field函数来获取实例域，通过GetStatic<Type>Field获取静态域

  1. jstring field;
  2. // 获取实例域
  3. field = (*env)->GetObjectField(env, instance, fieldId);
  4. // 获取静态域
  5. field = (*env)->GetStaticObjectField(env, clazz, fieldId);

获取一个Java域的值就要调用两到三个JNI函数，非常麻烦，而且效率也比较低，建议把需要的参数传递给原生方法，这样可以提高性能。

四、调用方法

1、获取方法ID

和域一样，Java的方法有两类，访问这两类方法，先要获取方法的ID,使用GetMethodID和GetStaticMethodID，返回值类型为jmethodID。

  1. jmethodID methodId;
  2. // 获取实例方法ID
  3. methodId = (*env)->GetMethodID(env, clazz, "getInstanceField", "()Ljava/lang/String;");
  4. // 获取静态方法ID
  5. methodId = (*env)->GetStaticMethodID(env, clazz, "getStaticField", "()Ljava/lang/String;");

两个方法的最后一个参数表示的方法描述符，在Java中表示方法签名。

2、调用方法

以方法ID为参数通过调用Call<ReturnType>Method和CallStatic<ReturnType>Method函数调用方法。

    1. jstring result;
    2. // 调用实例方法
    3. result = (*env)->CallStringMethod(env, instance, methodId);
    4. // 调用静态方法
    5. result = (*env)->CallStaticStringMethod(env, clazz, methodId);

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