[NDK/JNI系列02] JNI的设计原理与数据类型

这些概念脑子过一遍 , 实际上是记不住的 , 只能记录下来查缺补漏 , 通过实战去强化记忆。

JNI的设计原理和代码示例

JNI是Java Native Interface的缩写，是Java提供的一套标准接口，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。

JNI的设计原理主要包括以下几个方面：

1. JNIEnv

JNI使用了一个中间层，即JNIEnv，来封装Java虚拟机（JVM）和本地代码之间的通信。JNIEnv是一个指向函数表的指针，提供了大量的JNI函数，可以让本地代码访问和操作JVM中的对象、方法、字段等。JNIEnv是线程相关的，每个线程都有自己的JNIEnv，不能在不同线程之间共享。

JNIEXPORT void JNICALL Java_ClassName_MethodName
  (JNIEnv *env, jobject obj){
  // 使用env来访问和操作JVM
}

2. JNI数据类型

JNI使用了一些特殊的数据类型，来表示Java中的数据类型在本地代码中的映射。对于基本类型，JNI和Java之间的映射是一对一的，例如Java中的int类型对应于C/C++中的jint类型。对于引用类型，JNI把Java中的对象当作一个C指针传递到本地函数中，这个指针指向JVM中的内部数据结构，而内部数据结构在内存中的存储方式是不可见的，本地代码必须通过JNIEnv中选择适当的JNI函数来操作JVM中的对象。

JNIEXPORT jint JNICALL Java_ClassName_MethodName
  (JNIEnv *env, jobject obj, jint x, jint y){
  // 使用jint来表示Java中的int类型
  return x + y;
}

3. JNI标识符

JNI使用了一些特殊的标识符，来表示Java中的方法和字段在本地代码中的引用。这些标识符分别是jmethodID和jfieldID，它们通常是指向内部运行时数据结构的指针。本地代码需要通过JNIEnv中提供的函数来获取这些标识符，然后才能调用或访问相应的方法或字段。

JNIEXPORT void JNICALL Java_ClassName_MethodName
  (JNIEnv *env, jobject obj){
  jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, obj);
  jmethodID mid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "methodName", "(I)V");
  if (mid == NULL) {
    return; /* method not found */
  }
  (*env)->CallVoidMethod(env, obj, mid, 123);
}

4. JNI方法签名

JNI使用了一个特殊的字符串格式，来表示Java中方法的签名。这个字符串格式包含了方法参数和返回值的类型信息，以便本地代码能够正确地调用Java方法。例如，一个Java方法public int add(int x, int y)在JNI中的签名是"(II)I"，表示该方法有两个int类型的参数和一个int类型的返回值。

JNIEXPORT void JNICALL Java_ClassName_MethodName
  (JNIEnv *env, jobject obj){
  jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, obj);
  jmethodID mid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "add", "(II)I");
  if (mid == NULL) {
    return; /* method not found */
  }
  jint result = (*env)->CallIntMethod(env, obj, mid, 1, 2);
}

以上代码示例展示了如何在C/C++代码中使用JNIEnv、JNI数据类型、JNI标识符和JNI方法签名。

JNI调用Java方法和Java调用JNI方法的流程：

5.JNI的数据类型

JNI的数据类型主要分为两类：基本类型和引用类型。

1. 基本类型

基本类型是指Java中的八种基本数据类型，包括int、boolean等。JNI的基本类型和Java中的基本类型是一一对应的，

它在C/C中都有相应的别名，以j开头，例如jint表示int类型，jboolean表示boolean类型等。JNI的基本类型和C/C中的基本类型在内存中的表示方式是相同的，所以可以直接进行赋值和运算，不需要进行转换。

JNIEXPORT void JNICALL Java_ClassName_MethodName
  (JNIEnv *env, jobject obj, jint x, jboolean y){
  // 使用jint和jboolean来表示Java中的int和boolean类型
  // 可以直接进行赋值和运算
  jint z = x + 1;
  jboolean b = !y;
}

2. 引用类型

引用类型是指Java中的对象、数组、字符串等。JNI的引用类型和Java中的引用类型是不完全对应的，它们在C/C中都是指针类型，以j开头，例如jobject表示任意对象类型，jstring表示字符串类型等。JNI的引用类型和C/C中的指针类型在内存中的表示方式是不同的，所以不能直接进行赋值和运算，需要通过JNIEnv中提供的函数来进行转换和操作。

JNIEXPORT void JNICALL Java_ClassName_MethodName
  (JNIEnv *env, jobject obj, jstring str){
  // 使用jstring来表示Java中的String类型
  // 需要通过JNIEnv中提供的函数来进行转换和操作
  const char *c_str = (*env)->GetStringUTFChars(env, str, 0);
  // 使用c_str
  (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, str, c_str);
}

下表列出了JNI中常用的数据类型及其含义：

在JNI签名中，基本类型由单个字符表示，对象类型由'L'开始，由';'结束，数组类型由'['开始。例如，jstring在JNI签名中表示为"Ljava/lang/String;"，表示它是一个String对象。

请注意，引用类型（如jobject、jclass、jstring等）在内存中的大小取决于你的系统是32位还是64位。在32位系统中，所有的引用类型都是4字节；在64位系统中，所有的引用类型都是8字节。