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Android JNI开发详解(3)-JavaVM和JNIEnv

艾凌龙
2023-12-01

原文出处:http://www.ccbu.cc/index.php/android/android-jni-jnivm-jnienv.html

JavaVM 和 JNIEnv

JNI 定义了两个关键数据结构,即JavaVMJNIEnv。两者本质上都是指向函数表的二级指针。在 C++ 版本中,它们是一些类,这些类具有指向函数表的指针,并具有每个通过该函数表间接调用的 JNI 函数的成员函数。

1. JavaVM

JavaVM是虚拟机在JNI中的表示,一个JVM中只有一个JavaVM对象,这个对象是线程共享的。

通过JNIEnv我们可以获取一个Java虚拟机对象,其函数如下:

/**
 * 获取Java虚拟机对象
 * @param env JNIEnv对象
 * @param vm 用来存放获得的虚拟机的指针的指针
 * @return 成功返回0,失败返回其他
 */
jint GetJavaVM(JNIEnv *env, JavaVM **vm);

在加载动态链接库的时候,JVM会调用JNI_OnLoad(JavaVM* jvm, void* reserved)(如果定义了该函数),第一个参数会传入JavaVM指针。可以在该函数中保存JavaVM指针来供全局使用。

JavaVM *javaVM = NULL;

jint JNI_OnLoad(JavaVM *vm, void *reserved) {
    javaVM = vm;
    ...
}

2. JNIEnv

JNIEnv类型是一个指向全部JNI方法的指针,JNIEnv 提供了大部分 JNI 函数。JNIEnv只在创建它的线程有效,不能跨线程传递,不能再线程之间共享 JNIEnv

所有的本地接口函数都会以 JNIEnv 作为第一个参数。不管是静态注册的本地C/C++函数接口,还是动态注册的本地函数接口,函数的第一个参数都是JNIEnv

静态注册的函数实例

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_cc_ccbu_jnitest_Test_textFromJni
  (JNIEnv *, jobject) {
    return env->NewStringUTF("text from jni");
}

动态注册的函数实例

jstring textFromJni(JNIEnv* env, jobject thiz) {
    return env->NewStringUTF("text from jni");
}

static JNINativeMethod gMethods[] = {
        {"textFromJni", "()Ljava/lang/String;", (void*)textFromJni}
};

int registerMethod(JNIEnv *env) {
    jclass test = env->FindClass("cc/ccbu/jnitest/Test");
    return env->RegisterNatives(test, gMethods, sizeof(gMethods)/ sizeof(gMethods[0]));
}

如果一段代码无法通过其他方法获取自己的 JNIEnv,可以通过全局有效的 JavaVM,然后使用 GetEnv 来获取当前线程的 JNIEnv(如果该线程包含一个 JNIEnv)。

JNIEnv* env = NULL;
if (javaVM->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_6) != JNI_OK) {
	return JNI_ERR;
}

GetEnv函数定义如下:

/**
 * 获取当前线程JNIEnv
 * @param env 用来存放获取JNIEnv对象的指针的指针
 * @param version JNI版本
 * @return 成功返回0,失败返回其他
 */
jint GetEnv(void** env, jint version)

对于本地库中创建的线程,需要使用AttachCurrentThread来附加到 JavaVM来获取一个可用的JNIEnv。线程退出或不再需要使用JNIEnv时,必须通过调用DetachCurrentThread来解除连接。具体的会在线程篇进行详细说明。

3. 两种代码格式

JavaVMJNIEnv 在 C 语言环境下和 C++ 环境下调用是有区别的,以NewStringUTF函数为例:’

C语言调用格式为:

(*env)->NewStringUTF(env, “Hellow World!”);

C++调用格式为:

env->NewStringUTF(“Hellow World!”);

建议使用 C++ 格式,这也是大部分代码使用的形式。但C++ 格式其实只是封装了 C 格式,使得调用更加简介方便。

4.具体定义

JavaVMJNIEnv 在 <jni.h> 中的定义如下

#if defined(__cplusplus)
typedef _JNIEnv JNIEnv;
typedef _JavaVM JavaVM;
#else
typedef const struct JNINativeInterface* JNIEnv;
typedef const struct JNIInvokeInterface* JavaVM;
#endif

这里分了 C 和 C++。如果是 C++ 环境下,JNIEnvJavaVM则只是对 _JNIEnv_JavaVM 的一个重命名;如果是 C 环境下,则是指向 JNINativeInterface 结构体和 JNIInvokeInterface 结构体的指针。JNINativeInterfaceJNIInvokeInterface的具体定义如下:

struct JNINativeInterface {
    void*       reserved0;
    void*       reserved1;
    void*       reserved2;
    void*       reserved3;

    jint        (*GetVersion)(JNIEnv *);

    jclass      (*DefineClass)(JNIEnv*, const char*, jobject, const jbyte*,
                        jsize);
    jclass      (*FindClass)(JNIEnv*, const char*);
    
    ... //此次省略大量函数指针定义
    
}

struct JNIInvokeInterface {
    void*       reserved0;
    void*       reserved1;
    void*       reserved2;

    jint        (*DestroyJavaVM)(JavaVM*);
    jint        (*AttachCurrentThread)(JavaVM*, JNIEnv**, void*);
    jint        (*DetachCurrentThread)(JavaVM*);
    jint        (*GetEnv)(JavaVM*, void**, jint);
    jint        (*AttachCurrentThreadAsDaemon)(JavaVM*, JNIEnv**, void*);
};

JNINativeInterface包含了很多的函数指针,JNI中常用的函数基本都在这个结构体中进行了定义。JNIInvokeInterface相对比较简单。C++环境下的封装_JNIEnv_JavaVM具体定义如下:

struct _JNIEnv {
    /* do not rename this; it does not seem to be entirely opaque */
    const struct JNINativeInterface* functions;

#if defined(__cplusplus)

    jint GetVersion()
    { return functions->GetVersion(this); }

    jclass DefineClass(const char *name, jobject loader, const jbyte* buf,
        jsize bufLen)
    { return functions->DefineClass(this, name, loader, buf, bufLen); }

    jclass FindClass(const char* name)
    { return functions->FindClass(this, name); }
    
    ...//此次省略大量函数定义
    
#endif /*__cplusplus*/
};

struct _JavaVM {
    const struct JNIInvokeInterface* functions;

#if defined(__cplusplus)
    jint DestroyJavaVM()
    { return functions->DestroyJavaVM(this); }
    jint AttachCurrentThread(JNIEnv** p_env, void* thr_args)
    { return functions->AttachCurrentThread(this, p_env, thr_args); }
    jint DetachCurrentThread()
    { return functions->DetachCurrentThread(this); }
    jint GetEnv(void** env, jint version)
    { return functions->GetEnv(this, env, version); }
    jint AttachCurrentThreadAsDaemon(JNIEnv** p_env, void* thr_args)
    { return functions->AttachCurrentThreadAsDaemon(this, p_env, thr_args); }
#endif /*__cplusplus*/
};

由此可见,C++环境下只是对C语言环境下的结构体进行了简单的封装,使的调用习惯符合C++的调用风格。但由于C和C++环境下代码格式不一样,具体是哪种格式取决于引用的文件是C文件还是C++文件。

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