前言
JNI不僅僅在NDK開發中應用，它更是Android系統中Java與Native互動的橋樑，不理解JNI的話，你就只能停留在Java Framework層。這一個系列我們來一起深入學習JNI。
1.JNI概述
Android系統按語言來劃分的話由兩個世界組成，分別是Java世界和Native世界。那為什麼要這麼劃分呢？Android系統由Java寫不好嗎？除了效能的之外，最主要的原因就是在Java誕生之前，就有很多程式和庫都是由Native語言寫的，因此，重複利用這些Native語言編寫的庫是十分必要的，況且Native語言編寫的庫具有更好的效能。
這樣就產生了一個問題，Java世界的程式碼要怎麼使用Native世界的程式碼呢，這就需要一個橋樑來將它們連線在一起，而JNI就是這個橋樑。
通過JNI，Java世界的程式碼就可以訪問Native世界的程式碼，同樣的，Native世界的程式碼也可以訪問Java世界的程式碼。
為了講解JNI我們需要分析系統的原始碼，在即將出版的《Android進階之光》的最後一章中我拿MediaPlayer框架做了舉例，這裡換MediaRecorder框架來舉例，它和MediaPlayer框架的呼叫過程十分類似。
2.MediaRecorder框架概述
MediaRecorder我們應該都不陌生，它用於錄音和錄影。這裡不會主要介紹MediaRecorder框架，而是MediaRecorder框架中的JNI。
Java世界對應的是MediaRecorder.java，也就是我們應用開發中直接呼叫的類。JNI層對用的是libmedia_jni.so，它是一個JNI的動態庫。Native層對應的是libmedia.so，這個動態庫完成了實際的呼叫的功能。
3.Java層的MediaRecorder
我們先來檢視MediaRecorder.java的原始碼，擷取部分和JNI有關的部分如下所示。
frameworks/base/media/java/android/media/MediaRecorder.java
public class MediaRecorder{
static {
System.loadLibrary("media_jni");//1
native_init();//2
}
...
private static native final void native_init();//3
...
public native void start() throws IllegalStateException;
...
}複製程式碼在靜態程式碼塊中首先呼叫了註釋1處的程式碼，用來載入名為“media_jni“的動態庫，也就是libmedia_jni.so。接著呼叫註釋2處的native_init方法，註釋3處的native_init方法用native來修飾，說明它是一個native方法，表示由JNI來實現。MediaRecorder的start方法同樣也是一個native方法。
對於Java層來說只需要載入對應的JNI庫，接著宣告native方法就可以了，剩下的工作由JNI層來完成。
4.JNI層的MediaRecorder
MediaRecorder的JNI層由android_media_recorder.cpp實現，native方法native_init和start的JNI層實現如下所示。
frameworks/base/media/jni/android_media_MediaRecorder.cpp
static void
android_media_MediaRecorder_native_init(JNIEnv *env)
{
jclass clazz;
clazz = env->FindClass("android/media/MediaRecorder");
if (clazz == NULL) {
return;
}
...
fields.post_event = env->GetStaticMethodID(clazz, "postEventFromNative",
"(Ljava/lang/Object;IIILjava/lang/Object;)V");
if (fields.post_event == NULL) {
return;
}
}
static void
android_media_MediaRecorder_start(JNIEnv *env, jobject thiz)
{
ALOGV("start");
sp<MediaRecorder> mr = getMediaRecorder(env, thiz);
process_media_recorder_call(env, mr->start(), "java/lang/RuntimeException", "start failed.");
}複製程式碼android_media_MediaRecorder_native_init方法是native_init方法在JNI層的實現，android_media_MediaRecorder_start方法則是start方法在JNI層的實現。那麼，native_init方法是如何找到對應的android_media_MediaRecorder_native_init方法的呢？
這就需要了解JNI方法註冊的知識。
5.JNI方法註冊
JNI方法註冊分為靜態註冊和動態註冊，其中靜態註冊多用於NDK開發，而動態註冊多用於Framework開發。
靜態註冊
在AS中新建一個Java Library名為media，這裡仿照系統的MediaRecorder.java，寫一個簡單的MediaRecorder.java，如下所示。
package com.example;
public class MediaRecorder {
static {
System.loadLibrary("media_jni");
native_init();
}
private static native final void native_init();
public native void start() throws IllegalStateException;
}複製程式碼接著進入專案的media/src/main/java目錄中執行如下命令：
javac com.example.MediaRecorder.java
javah com.example.MediaRecorder複製程式碼第二個命令會在當前目錄中（media/src/main/java）生成com_example_MediaRecorder.h檔案，如下所示。
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class com_example_MediaRecorder */
#ifndef _Included_com_example_MediaRecorder
#define _Included_com_example_MediaRecorder
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* Class: com_example_MediaRecorder
* Method: native_init
* Signature: ()V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_MediaRecorder_native_1init
(JNIEnv *, jclass);//1
/*
* Class: com_example_MediaRecorder
* Method: start
* Signature: ()V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_MediaRecorder_start
(JNIEnv *, jobject);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif複製程式碼nativeinit方法被宣告為註釋1處的方法，格式為`Java包名類名方法名`，註釋1處的方法名多了一個“l”，這是因為nativeinit方法有一個“”，它會在轉換為JNI方法時變成“_l”。
其中JNIEnv 是一個指向全部JNI方法的指標，該指標只在建立它的執行緒有效，不能跨執行緒傳遞。
jclass是JNI的資料型別，對應Java的java.lang.Class例項。jobject同樣也是JNI的資料型別，對應於Java的Object。關於JNIEnv 以及JNI的資料型別會在本系列的後續文章中進行介紹。
當我們在Java中呼叫native_init方法時，就會從JNI中尋找Java_com_example_MediaRecorder_native_1init方法，如果沒有就會報錯，如果找到就會為native_init和Java_com_example_MediaRecorder_native_1init建立關聯，其實是儲存JNI的方法指標，這樣再次呼叫native_init方法時就會直接使用這個方法指標就可以了。
靜態註冊就是根據方法名，將Java方法和JNI方法建立關聯，但是它有一些缺點：
- JNI層的方法名稱過長。
- 宣告Native方法的類需要用javah生成標頭檔案。
- 初次呼叫JIN方法時需要建立關聯，影響效率。
我們知道，靜態註冊就是Java的Native方法通過方法指標來與JNI進行關聯的，如果Native方法知道它在JNI中對應的方法指標，就可以避免上述的缺點，這就是動態註冊。
動態註冊
JNI中有一種結構用來記錄Java的Native方法和JNI方法的關聯關係，它就是JNINativeMethod，它在jni.h中被定義：
typedef struct {
const char* name;//Java方法的名字
const char* signature;//Java方法的簽名資訊
void* fnPtr;//JNI中對應的方法指標
} JNINativeMethod;複製程式碼系統的MediaRecorder採用的就是動態註冊，我們來檢視它的JNI層是怎麼做的。
frameworks/base/media/jni/android_media_MediaRecorder.cpp
static const JNINativeMethod gMethods[] = {
...
{"start", "()V", (void *)android_media_MediaRecorder_start},//1
{"stop", "()V", (void *)android_media_MediaRecorder_stop},
{"pause", "()V", (void *)android_media_MediaRecorder_pause},
{"resume", "()V", (void *)android_media_MediaRecorder_resume},
{"native_reset", "()V", (void *)android_media_MediaRecorder_native_reset},
{"release", "()V", (void *)android_media_MediaRecorder_release},
{"native_init", "()V", (void *)android_media_MediaRecorder_native_init},
...
};複製程式碼上面定義了一個JNINativeMethod型別的gMethods陣列，裡面儲存的就是MediaRecorder的Native方法與JNI層方法的對應關係，其中註釋1處"start"是Java層的Native方法，它對應的JNI層的方法為android_media_MediaRecorder_start。"()V"是start方法的簽名資訊，關於Java方法的簽名資訊後續的文章會介紹。
只定義JNINativeMethod 型別的陣列是沒有用的，還需要註冊它，註冊的方法為register_android_media_MediaRecorder：
frameworks/base/media/jni/android_media_MediaRecorder.cpp
//JNI_OnLoad in android_media_MediaPlayer.cpp
int register_android_media_MediaRecorder(JNIEnv *env)
{
return AndroidRuntime::registerNativeMethods(env,
"android/media/MediaRecorder", gMethods, NELEM(gMethods));
}複製程式碼register_android_media_MediaRecorder方法中return了AndroidRuntime的registerNativeMethods方法，如下所示。
frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp
/*static*/ int AndroidRuntime::registerNativeMethods(JNIEnv* env,
const char* className, const JNINativeMethod* gMethods, int numMethods)
{
return jniRegisterNativeMethods(env, className, gMethods, numMethods);
}複製程式碼registerNativeMethods方法中又return了jniRegisterNativeMethods方法：
external/conscrypt/src/openjdk/native/JNIHelp.cpp
extern "C" int jniRegisterNativeMethods(JNIEnv* env, const char* className,
const JNINativeMethod* gMethods, int numMethods)
{
...
if (env->RegisterNatives(c.get(), gMethods, numMethods) < 0) {//1
char* msg;
(void)asprintf(&msg, "RegisterNatives failed for '%s'; aborting...", className);
env->FatalError(msg);
}
return 0;
}複製程式碼從註釋1處可以看出，最終呼叫的JNIEnv的RegisterNatives方法，JNIEnv在JNI中十分重要，後續文章會介紹它。
register_android_media_MediaRecorder方法最終會呼叫JNIEnv的RegisterNatives方法，但是register_android_media_MediaRecorder方法是在哪被呼叫的呢？答案在register_android_media_MediaRecorder方法的註釋上：JNI_OnLoad in android_media_MediaPlayer.cpp。這個JNI_OnLoad方法會在System.loadLibrary方法後呼叫，因為多媒體框架中的很多框架都要進行JNINativeMethod陣列註冊，因此，註冊方法就被統一定義在android_media_MediaPlayer.cpp中的JNI_OnLoad方法中，如下所示。
frameworks/base/media/jni/android_media_MediaPlayer.cpp
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* /* reserved */)
{
JNIEnv* env = NULL;
jint result = -1;
if (vm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
ALOGE("ERROR: GetEnv failed\n");
goto *bail;
}
assert(env != NULL);
...
if (register_android_media_MediaPlayer(env) < 0) {
ALOGE("ERROR: MediaPlayer native registration failed\n");
goto *bail;
}
if (register_android_media_MediaRecorder(env) < 0) {//1
ALOGE("ERROR: MediaRecorder native registration failed\n");
goto *bail;
}
...
result = JNI_VERSION_1_4;
bail:
return result;
}複製程式碼在JNI_OnLoad方法中呼叫了整個多媒體框架的註冊JNINativeMethod陣列的方法，註釋1處的呼叫了register_android_media_MediaRecorder方法，同樣的，MediaPlayer框架的註冊JNINativeMethod陣列的方法register_android_media_MediaPlayer也被呼叫了。
關於動態註冊就講到這裡，更多深入JNI的知識請見本系列後續的文章。
參考資料
《深入理解Android卷I》
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