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Android開(kāi)發(fā)進(jìn)階：AndroidNDK介紹

導(dǎo)讀

創(chuàng)新互聯(lián)公司2013年成立，是專業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)服務(wù)公司，擁有項(xiàng)目網(wǎng)站建設(shè)、成都網(wǎng)站制作網(wǎng)站策劃，項(xiàng)目實(shí)施與項(xiàng)目整合能力。我們以讓每一個(gè)夢(mèng)想脫穎而出為使命，1280元祁連做網(wǎng)站,已為上家服務(wù),為祁連各地企業(yè)和個(gè)人服務(wù),聯(lián)系電話:18980820575

為了在Android OS系統(tǒng)上開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，Google提供了兩種開(kāi)發(fā)包：SDK和NDK。你可以從Google官方查閱到有許多關(guān)于SDK 的優(yōu)秀的書(shū)籍、文章作為參考，但Google沒(méi)有提供足夠的NDK資料。在現(xiàn)有的書(shū)籍中，我認(rèn)為Cinar O.寫(xiě)于2012年 的”P(pán)ro Android C++ with the NDK”值得一讀。

本文旨在幫助那些缺乏Android NDK經(jīng)驗(yàn)但又想擴(kuò)充這方面知識(shí)的人們。我所關(guān)注的是JNI（本地編程接口，簡(jiǎn)稱JNI）。本文分上下兩篇，在上篇中，會(huì)從JNI為接口開(kāi)始講起；下篇會(huì)進(jìn)行回顧，并給出帶兩個(gè)文件讀寫(xiě)功能的實(shí)例。

什么是 Android NDK？

Android NDK（Native Development Kit ）是一套工具集合，允許你用像C/C++語(yǔ)言那樣實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的一部分。

何時(shí)使用NDK？

Google僅在極少數(shù)情況下建議使用NDK，有如下使用場(chǎng)景：

  • 必須提高性能（例如，對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行排序）。
  • 使用第三方庫(kù)。舉例說(shuō)明：許多第三方庫(kù)由C/C++語(yǔ)言編寫(xiě)，而Android應(yīng)用程序需要使用現(xiàn)有的第三方庫(kù)，如Ffmpeg、OpenCV這樣的庫(kù)。
  • 底層程序設(shè)計(jì)（例如，應(yīng)用程序不依賴Dalvik Java虛擬機(jī)）。

什么是JNI？

JNI是一種在Java虛擬機(jī)控制下執(zhí)行代碼的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制。代碼被編寫(xiě)成匯編程序或者C/C++程序，并組裝為動(dòng)態(tài)庫(kù)。也就允許了非靜態(tài)綁定用法。這提供了一個(gè)在Java平臺(tái)上調(diào)用C/C++的一種途徑，反之亦然。

JNI的優(yōu)勢(shì)

與其他類似接口（Netscape Java運(yùn)行接口、Microsoft的原始本地接口、COM/Java接口）相比，JNI主要的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)在于：它在設(shè)計(jì)之初就確保了二進(jìn)制的兼容 性，JNI編寫(xiě)的應(yīng)用程序兼容性以及在某些具體平臺(tái)上的Java虛擬機(jī)兼容性（當(dāng)談及JNI，這里并不特別針對(duì)Dalvik；JNI由Oracle開(kāi)發(fā)， 適用于所有Java虛擬機(jī)）。這就是為什么C/C++編譯后的代碼無(wú)論在任何平臺(tái)上都能執(zhí)行。不過(guò)，一些早期版本并不支持二進(jìn)制兼容。

二進(jìn)制兼容性是一種程序兼容性類型，允許一個(gè)程序在不改變其可執(zhí)行文件的條件下在不同的編譯環(huán)境中工作。

JNI組織結(jié)構(gòu)

 

 

圖1 — JNI接口指針

 

 

這張JNI函數(shù)表的組成就像C++的虛函數(shù)表。虛擬機(jī)可以運(yùn)行多張函數(shù)表，舉例來(lái)說(shuō)，一張調(diào)試函數(shù)表，另一張是調(diào)用函數(shù)表。JNI接口指針僅在當(dāng)前線程中起作用。這意味著指針不能從一個(gè)線程進(jìn)入另一個(gè)線程。然而，可以在不同的線程中調(diào)用本地方法。

示例代碼：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. jdouble Java_pkg_Cls_f__ILjava_lang_String_2 (JNIEnv *env, jobject obj, jint i, jstring s) 
    2.   
  
  
  
  2. { 
    3.   
  
  
  
  3.      const char *str = (*env)->GetStringUTFChars(env, s, 0); 
    4.   
  
  
  
  4.      (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, s, str); 
    5.   
  
  
  
  5.      return 10; 
    6.   
  
  
  
  6. } 
    7.
  • *env — 一個(gè)接口指針。
  • obj — 在本地方法中聲明的對(duì)象引用。
  • i和s — 用于傳遞的參數(shù)。

原始類型（Primitive Type）在虛擬機(jī)和本機(jī)代碼進(jìn)行拷貝，對(duì)象之間使用引用進(jìn)行傳遞。VM（虛擬機(jī)）要追蹤所有傳遞給本地代碼的對(duì)象引用。GC無(wú)法釋放所有傳遞給本地代碼的對(duì)象引用。與此同時(shí)，本機(jī)代碼應(yīng)該通知VM不需要的對(duì)象引用。

局部引用和全局引用

JNI定義了三種引用類型：局部引用、全局引用和全局弱引用。局部引用在方法完成之前是有效的。所有通過(guò)JNI函數(shù)返回的Java對(duì)象都是本地引 用。程序員希望VM會(huì)清空所有的局部引用，然而局部引用僅在其創(chuàng)建的線程里可用。如果有必要，局部引用可以通過(guò)接口中的DeleteLocalRef JNI方法立即釋放：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. jclass clazz; 
    2.   
  
  
  
  2. clazz = (*env)->FindClass(env, "java/lang/String"); 
    3.   
  
  
  
  3. ... 
    4.   
  
  
  
  4. (*env)->DeleteLocalRef(env, clazz) 
    5.

全局引用在完全釋放之前都是有效的。要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)全局引用，需要調(diào)用NewGlobalRef方法。如果全局引用并不是必須的，可以通過(guò)DeleteGlobalRef方法刪除：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. jclass localClazz; 
    2.   
  
  
  
  2. jclass globalClazz; 
    3.   
  
  
  
  3. ... 
    4.   
  
  
  
  4. localClazz = (*env)->FindClass(env, "java/lang/String"); 
    5.   
  
  
  
  5. globalClazz = (*env)->NewGlobalRef(env, localClazz); 
    6.   
  
  
  
  6. ... 
    7.   
  
  
  
  7. (*env)->DeleteLocalRef(env, localClazz); 
    8.

錯(cuò)誤

JNI不會(huì)檢查NullPointerException、IllegalArgumentException這樣的錯(cuò)誤，原因是：

  • 導(dǎo)致性能下降。
  • 在絕大多數(shù)C的庫(kù)函數(shù)中，很難避免錯(cuò)誤發(fā)生。

JNI允許用戶使用Java異常處理。大部分JNI方法會(huì)返回錯(cuò)誤代碼但本身并不會(huì)報(bào)出異常。因此，很有必要在代碼本身進(jìn)行處理，將異常拋給Java。在JNI內(nèi)部，首先會(huì)檢查調(diào)用函數(shù)返回的錯(cuò)誤代碼，之后會(huì)調(diào)用ExpectOccurred()返回一個(gè)錯(cuò)誤對(duì)象。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. jthrowable ExceptionOccurred(JNIEnv *env); 
    2.

例如：一些操作數(shù)組的JNI函數(shù)不會(huì)報(bào)錯(cuò)，因此可以調(diào)用ArrayIndexOutofBoundsException或ArrayStoreExpection方法報(bào)告異常。

JNI原始類型

JNI有自己的原始數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)引用類型。

Java類型

本地類型（JNI）

描述
boolean（布爾型） jboolean 無(wú)符號(hào)8個(gè)比特
byte(字節(jié)型) jbyte 有符號(hào)8個(gè)比特
char(字符型) jchar 無(wú)符號(hào)16個(gè)比特
short(短整型) jshort 有符號(hào)16個(gè)比特
int(整型) jint 有符號(hào)32個(gè)比特
long(長(zhǎng)整型) jlong 有符號(hào)64個(gè)比特
float(浮點(diǎn)型) jfloat 32個(gè)比特
double(雙精度浮點(diǎn)型) jdouble 64個(gè)比特
void(空型) void N/A

JNI引用類型

 

圖2 — JNI引用類型

 

改進(jìn)的UTF-8編碼

JNI使用改進(jìn)的UTF-8字符串來(lái)表示不同的字符類型。Java使用UTF-16編碼。UTF-8編碼主要使用于C語(yǔ)言，因?yàn)樗木幋a用\u000表示為0xc0，而不是通常的0×00。非空ASCII字符改進(jìn)后的字符串編碼中可以用一個(gè)字節(jié)表示。

#p#

JNI函數(shù)：

JNI接口不僅有自己的數(shù)據(jù)集（dataset）也有自己的函數(shù)?；仡欉@些數(shù)據(jù)集和函數(shù)需要花費(fèi)我們很多時(shí)間?？梢詮墓俜轿臋n中找到更多信息：

http://docs.oracle.com/javase/6/docs/technotes/guides/jni/spec/functions.html

JNI函數(shù)使用示例

下面會(huì)通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)短的示例確保你對(duì)這些資料所講的內(nèi)容有了正確的理解：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. #include  
    2.   
  
  
  
  2.     ... 
    3.   
  
  
  
  3. JavaVM *jvm; 
    4.   
  
  
  
  4. JNIEnv *env; 
    5.   
  
  
  
  5. JavaVMInitArgs vm_args; 
    6.   
  
  
  
  6. JavaVMOption* options = new JavaVMOption[1]; 
    7.   
  
  
  
  7. options[0].optionString = "-Djava.class.path=/usr/lib/java"; 
    8.   
  
  
  
  8. vm_args.version = JNI_VERSION_1_6; 
    9.   
  
  
  
  9. vm_args.nOptions = 1; 
    10.   
  
  
  
  10. vm_args.options = options; 
    11.   
  
  
  
  11. vm_args.ignoreUnrecognized = false; 
    12.   
  
  
  
  12. JNI_CreateJavaVM(&jvm, &env, &vm_args); 
    13.   
  
  
  
  13. delete options; 
    14.   
  
  
  
  14. jclass cls = env->FindClass("Main"); 
    15.   
  
  
  
  15. jmethodID mid = env->GetStaticMethodID(cls, "test", "(I)V"); 
    16.   
  
  
  
  16. env->CallStaticVoidMethod(cls, mid, 100); 
    17.   
  
  
  
  17. jvm->DestroyJavaVM(); 
    18.

讓我們來(lái)逐個(gè)分析字符串：

  • JavaVM — 提供了一個(gè)接口，可以調(diào)用函數(shù)創(chuàng)建、刪除Java虛擬機(jī)。
  • JNIEnv — 確保了大多數(shù)的JNI函數(shù)。
  • JavaVMlnitArgs —  Java虛擬機(jī)參數(shù)。
  • JavaVMOption — Java虛擬機(jī)選項(xiàng)。

JNI的_CreateJavaVM()方法初始化Java虛擬機(jī)并向JNI接口返回一個(gè)指針。

JNI_DestroyJavaVM()方法可以載入創(chuàng)建好的Java虛擬機(jī)。

線程

內(nèi)核負(fù)責(zé)管理所有在Linux上運(yùn)行的線程；線程通過(guò)AttachCurrentThread和AttachCurrentThreadAsDaemon函數(shù)附加到Java虛擬機(jī)。如果線程沒(méi)有被添加成功，則不能訪問(wèn)JNIEnv。 Android系統(tǒng)不能停止JNI創(chuàng)建的線程，即使GC（Garbage Collection）在運(yùn)行釋放內(nèi)存時(shí)也不行。直到調(diào)用DetachCurrentThread方法，該線程才會(huì)從Java虛擬機(jī)脫離。

***步

你的項(xiàng)目結(jié)構(gòu)應(yīng)該如圖3所示：

 

圖3—工程結(jié)構(gòu)

 

在圖3中，所有本地代碼都存儲(chǔ)到一個(gè)jni的文件夾。在新建一個(gè)工程后，Libs文件夾會(huì)被分為四個(gè)子文件夾。這意味著一個(gè)子目錄對(duì)應(yīng)一種處理器架構(gòu)，庫(kù)的數(shù)量取決于處理器架構(gòu)的數(shù)量。

要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)本地項(xiàng)目和一個(gè)Android項(xiàng)目可以參照以下面的步驟：

  • 創(chuàng)建一個(gè)jni文件夾 — 包含本地代碼的項(xiàng)目源代碼根目錄。
  • 創(chuàng)建一個(gè)Android.mk文件用來(lái)構(gòu)建項(xiàng)目。
  • 創(chuàng)建一個(gè)Application.mk文件用來(lái)存儲(chǔ)編譯參數(shù)。雖然這不是必須的配置，但是推薦你這么做。這樣會(huì)使得編譯設(shè)置更加靈活。
  • 創(chuàng)建一個(gè)ndk-build文件以此來(lái)顯示編譯過(guò)程（同樣這一步也不是必須的）。

Android.mk

就像前面提到的，Android.mk是編譯本地項(xiàng)目的makefile。Android.mk把代碼按照模塊進(jìn)行了劃分，把靜態(tài)庫(kù)（static library）拷貝到項(xiàng)目的libs文件夾，生成共享庫(kù)（shared library）和獨(dú)立的可執(zhí)行文件。

最精簡(jiǎn)的配置示例：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. LOCAL_PATH := $(call my-dir) 
    2.   
  
  
  
  2. include $(CLEAR_VARS) 
    3.   
  
  
  
  3. LOCAL_MODULE    := NDKBegining 
    4.   
  
  
  
  4. LOCAL_SRC_FILES := ndkBegining.c 
    5.   
  
  
  
  5. include $(BUILD_SHARED_LIBRARY) 
    6.

讓我們來(lái)仔細(xì)看看：

  • LOCAL_PATH:-$(call my-dir)  — 調(diào)用函數(shù)宏my-dir返回當(dāng)前文件所在路徑。
  • include $(CLEAR_VARS) — 清除所有LOCAL_PATH以外的變量。這是必須的步驟，考慮到所有編譯控制文件都位于同一個(gè)GNU MAKE執(zhí)行環(huán)境中，所有變量都是全局的。
  • LOCAL_MODULE — 輸出模塊名稱。在上述例子中，輸出模塊叫做NDKBegining。但是在生成以后，會(huì)在libs文件夾中創(chuàng)建libNDKbegining庫(kù)。同 時(shí)，Android系統(tǒng)會(huì)為其添加一個(gè)前綴名lib，例如一個(gè)被命名為”foo”的共享庫(kù)模塊，將會(huì)生成”libfoo.so”文件。 但是在Java代 碼中使用庫(kù)時(shí)應(yīng)該忽略前綴名（也就是說(shuō)，名稱應(yīng)該和makefile一樣）。
  • LOCAL_SRC_FILE — 列出編譯所需要的源文件。
  • include $(BUILD_SHARED_LIBARY) — 輸出模塊的類型。

你可以在Android.mk文件中設(shè)置自定義變量；但是必須遵守語(yǔ)法命名規(guī)則：LOCAL_、PRIVATE_、NDK_、APP_、my-dir。Google建議自定義示例前綴使用MY_，例如：

MY_SOURCE := NDKBegining.c

這樣就調(diào)用了一個(gè)變量$(MY_SOURCE)。變量同樣也可以被連接起來(lái)，例如：

LOCAL_SRC_FILES += $(MY_SOURCE)

Application.mk

這個(gè)makefile中定義了好幾種變量讓編譯更加靈活：

  • APP_OPTM — 這個(gè)變量是可選的，用于指定程序是“release”還是“debug”。在構(gòu)建應(yīng)用程序模塊時(shí)，該變量用來(lái)優(yōu)化構(gòu)建過(guò)程。你可以在調(diào)試中指定“release”，不過(guò)“debug”支持的配置選項(xiàng)更多。
  • APP_BUILD_SCRI為Android.mk定義了另一條路徑。
  • APP_ABI — 最重要的變量之一。它指定了編譯模塊時(shí)使用的目標(biāo)處理器架構(gòu)。默認(rèn)情況下，APP_ABI會(huì)設(shè)置為“armeabi”，對(duì)應(yīng)于ARMv5TE架構(gòu)。例如， 如果要支持 ARMv7，就需要設(shè)置為“armeabi-v7a”。對(duì)于IA-32-x86和MIPS-mips這樣支持多體系架構(gòu)的系統(tǒng)，應(yīng)該把 APP_ABI設(shè)置為“armeabi armeabi-v7a x86 mips”。在NDK修訂版本7或更高的版本中，可以簡(jiǎn)單的設(shè)置APP_ABI := “all rather enumerating all the architectures”。
  • APP_PLATFORM — 為目標(biāo)平臺(tái)名稱；
  • APP_STL — Android提供了一個(gè)最精簡(jiǎn)的libstdc c++運(yùn)行庫(kù)，因此開(kāi)發(fā)人員使用的c++功能是非常有限的。然而使用APP_STL變量就可以使這些庫(kù)支持?jǐn)U展功能。
  • NDK_TOOLCHAIN_VERSION-GCC — 選擇的GCC編譯器版本（默認(rèn)情況下設(shè)置為4.6）。

NDK-BUILDS

NDK-build是一個(gè)GNU Make的包裝容器。在NDK 4以后，ndk-build支持以下參數(shù)：

  • clean — 清除所有已生成的二進(jìn)制文件。
  • NDK_DEBUG=1 — 生成可調(diào)式的代碼。
  • NDK_LOG=1 — 顯示日志信息（用于調(diào)試）。
  • NDK_HOST_32BIT=1 — 使Android系統(tǒng)支持64位版本（例如，NDK_PATH\toolchains\mipsel-linux-android-4.8\prebuilt\windows-x86_64，等等）。
  • NDK_APPLICATION_MK= — 指定Application.mk路徑。

在 NDK v5中，引入了NDK_DEBUG。當(dāng)NDK_DEBUG設(shè)置為“1”時(shí)，便會(huì)生成可調(diào)試版本。如果沒(méi)有設(shè)置NDK_DEBUG，ndk-build會(huì)默 認(rèn)驗(yàn)證是否有在AndroidMainfest.xml文件中設(shè)置 android:debuggable=“true” 屬性。如果你使用的是NDK v8以后的版本，Google不建議你在AndoirdMainfest.xml文件中使用 android:debuggable 屬性（當(dāng)你使用“ant debug”或ADT插件生成調(diào)試版本時(shí)，會(huì)自動(dòng)添加“NDK_DEBUG=1”）。

默認(rèn)情況下，設(shè)置了支持64位版本。你也可以通過(guò)設(shè)置“NDK_HOST_32BIT=1”強(qiáng)制使用一個(gè)32位的工具鏈來(lái)使用32位應(yīng)用程序。不過(guò)，谷歌仍建議使用64位的應(yīng)用程序來(lái)提升大型程序的性能。

如何建立一個(gè)項(xiàng)目？

這 是個(gè)令人頭疼的步驟。你要安裝CDT插件并下載cygwin或mingw編譯器和Android NDK，在Eclipse設(shè)置里配置這些東西，但***還 是不能運(yùn)行。我***次開(kāi)始使用Android NDK時(shí)，配置這些東西花了我3天時(shí)間。***發(fā)現(xiàn)問(wèn)題出在Cygwin編譯器身上：應(yīng)該為項(xiàng)目文件夾設(shè)置讀、寫(xiě)、可執(zhí)行的所有權(quán)限。

現(xiàn)在可就簡(jiǎn)單多咯！只需要照著這個(gè)鏈接到網(wǎng)址：http://developer.android.com/sdk/index.html 下載ADT包，這里面有開(kāi)始編譯環(huán)節(jié)需要用到的所有東西。

從Java代碼中調(diào)用本地方法

要從Java中調(diào)用本地代碼，首先你要在Java類中定義本地方法。例如：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. native String nativeGetStringFromFile(String path) throws IOException; 
    2.   
  
  
  
  2. native void nativeWriteByteArrayToFile(String path, byte[] b) throws IOException 
    3.

你得在方法前使用“native”關(guān)鍵字。，這樣編譯器就知道這是JNI的入口點(diǎn)。這些方法會(huì)在C/C++文件中實(shí)現(xiàn)。Google建議用 “native+x”這樣的命名方式，“x”代表著方法的實(shí)際名稱。還有，在實(shí)現(xiàn)這些方法前你還得手動(dòng)生成一個(gè)頭文件。你可以手動(dòng)執(zhí)行此操作或者使用 JDK的 javah工具生成頭文件。然后讓我們將進(jìn)一步探討如何不用控制臺(tái)，直接使用標(biāo)準(zhǔn)的Eclipse開(kāi)發(fā)環(huán)境：

  • 打開(kāi)Eclipse，選擇Run -> External-tool-External -> External tools configurations。
  • 新建配置。
  • 指定javah.exe在jdk里的絕對(duì)路徑（例如，C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.6.0_35\bin\javah.exe）。
  • 在工作目錄中指定bin/class目錄的路徑（例如，?${workspace_loc:/NDKBegin/bin/classes}?）。
  • 填入如下參數(shù)：“-jni ${java_type_name}” （注意，輸入時(shí)不需要帶引號(hào)）。

現(xiàn)在你可以運(yùn)行了。你的頭文件應(yīng)該放在bin/classes目錄下。下一步，復(fù)制這些文件到本地工程的jni目錄。打開(kāi)工程的配置菜單并選擇 Andorid Tools這一項(xiàng) — 添加本地庫(kù)（Add Native Library）。這樣我們就可以使用jni.h頭文件中包含的函數(shù)了。在此之后，你還要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè).cpp的文件（有時(shí)候 Eclipse會(huì)默認(rèn)生成），并且方法實(shí)現(xiàn)已經(jīng)在頭文件中定義。

考慮到文章長(zhǎng)度和可讀性，我并沒(méi)有加入簡(jiǎn)單的代碼示例，所以你在這里找不到。如果需要，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)這個(gè)鏈接https://github.com/viacheslavtitov/NDKBegining。


網(wǎng)頁(yè)題目：Android開(kāi)發(fā)進(jìn)階：AndroidNDK介紹
URL地址：http://www.dlmjj.cn/article/dphissh.html