[NDK/JNI系列01] NDK与JNI的基本概念与使用场景

1,什么是NDK和JNI，它们有什么作用和优势?

• NDK是Native Development Kit的缩写，是Android提供的一个工具集，可以让你在Android应用中使用C或C++语言编写部分代码，并将其编译成动态链接库（.so文件），然后在Java层通过JNI调用这些原生代码。
• JNI是Java Native Interface的缩写，是Java提供的一个标准接口，可以让Java代码和其他语言（如C或C++）编写的代码进行交互。JNI定义了一套规范，包括数据类型、函数签名、命名规则等，以保证不同语言之间的兼容性和可移植性。
• NDK和JNI的作用和优势主要有以下几点：

• 提高性能：对于一些计算密集型或者对实时性要求高的任务，使用C或C++语言可以比Java语言更高效地利用CPU资源，减少内存开销和垃圾回收的影响，提升运行速度和响应能力。
• 重用代码：对于一些已经存在的用C或C++语言编写的模块或库，可以通过NDK和JNI直接在Android应用中使用，而不需要重新用Java语言编写，节省开发时间和成本，同时保证代码的一致性和可维护性。
• 调用系统底层：对于一些Java层无法访问或者不方便访问的系统底层功能，例如驱动、硬件、操作系统等，可以通过NDK和JNI调用C或C++语言提供的接口，实现更多的功能和控制。

2,NDK和JNI的使用场景和案例?

• NDK和JNI的使用场景一般是当Java层无法满足需求时，才会考虑使用。因为使用NDK和JNI也会带来一些缺点和风险，例如增加代码复杂度、增加调试难度、增加安全风险等。因此，在使用NDK和JNI之前，应该先评估是否有必要、是否有替代方案、是否有足够的技术能力等。
• NDK和JNI的使用案例有很多，例如：

• 游戏开发：游戏开发通常需要高性能的图形渲染、物理引擎、音频处理等功能，而这些功能往往是用C或C++语言编写的。因此，游戏开发可以通过NDK和JNI调用这些原生代码，实现高质量的游戏体验。
• 图像处理：图像处理也是一个计算密集型的任务，涉及到很多复杂的算法和数据结构。使用C或C++语言可以更好地处理图像数据，实现更快的处理速度和更低的内存消耗。例如，人脸识别、滤镜、美颜等功能都可以通过NDK和JNI实现。
• 文件操作：文件操作涉及到对系统底层的访问和控制，例如文件加密、文件拆分、文件合并等。使用C或C++语言可以更方便地调用系统提供的接口，实现更安全和更高效的文件操作。

3,Android系统服务与JNI

• Android系统服务是一种运行在Android系统中的后台进程，提供了一些核心的功能和接口，供应用层和框架层使用。例如，ActivityManagerService、WindowManagerService、PackageManagerService等。
• Android系统服务通常是用Java语言编写的，但是也有一些是用C或C++语言编写的，例如SurfaceFlinger、MediaServer等。这些原生服务也需要通过JNI和Binder机制与Java层进行通信。
• Android系统服务的架构如下图所示：

4,如何通过JNI与Android系统服务通信

• 通过JNI与Android系统服务通信的步骤大致如下：
• 1.在Java层，定义一个native方法，声明要调用的原生服务的接口
• 2.在C/C++层，实现该native方法，使用JNI API获取原生服务的对象引用、方法ID、字段ID等
• 3.在C/C++层，调用原生服务的方法或访问其字段，使用JNI API转换数据类型和处理异常
• 4.在C/C++层，返回结果给Java层，使用JNI API转换数据类型和处理异常。
  
  例如，假设要通过JNI调用原生SurfaceFlinger服务的dump方法，打印其状态信息。可以参考以下代码：

Java代码：

public class SurfaceFlingerTest {
 
    static {
        System.loadLibrary("surfaceflinger_jni");
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        dumpSurfaceFlinger();
    }
 
    public static native void dumpSurfaceFlinger();
}

C/C++代码：

#include <jni.h>
#include <gui/SurfaceComposerClient.h>
#include <android/log.h>
 
#define LOG_TAG "SurfaceFlingerTest"
#define LOGI(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,LOG_TAG,__VA_ARGS__)
 
extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_SurfaceFlingerTest_dumpSurfaceFlinger(JNIEnv *env, jclass clazz) {
    // get the surface flinger service object reference
    sp<IBinder> binder = defaultServiceManager()->getService(String16("SurfaceFlinger"));
    if (binder == nullptr) {
        LOGI("Failed to get SurfaceFlinger service");
        return;
    }
    // get the surface flinger interface object reference
    sp<ISurfaceComposer> composer = interface_cast<ISurfaceComposer>(binder);
    if (composer == nullptr) {
        LOGI("Failed to get SurfaceFlinger interface");
        return;
    }
    // call the dump method of surface flinger and print the result to logcat
    Vector<String16> args;
    String8 result;
    composer->dump(args, result);
    LOGI("%s", result.string());
}

参考资料

• JNI 提示 | Android NDK | Android Developers
• Android JNI使用全面讲解 - 知乎