最近看到了很多關(guān)于熱補的開源項目——Depoxed(阿里)、AnFix（阿里）、DynamicAPK(攜程)等，它們都用到了JNI編程，并且JNI編程也貫穿了Android系統(tǒng)，學(xué)會JNI編程對于我們學(xué)習(xí)研究Android源碼、Android安全以及Android安全加固等都是有所幫助的。但是對于我們這些寫Android應(yīng)用的，大部分時間都是在使用Java編程，很少使用C/C++編程，對于JNI編程也了解的比較少，那么我們就來簡單的了解一下JNI編程的基礎(chǔ)吧。

什么是JNI，怎么使用

JNI——Java Native Interface，它是Java平臺的一個特性(并不是Android系統(tǒng)特有的)。其實主要是定義了一些JNI函數(shù)，讓開發(fā)者可以通過調(diào)用這些函數(shù)實現(xiàn)Java代碼調(diào)用C/C++的代碼，C/C++的代碼也可以調(diào)用Java的代碼，這樣就可以發(fā)揮各個語言的特點了。那么怎么使用JNI呢，一般情況下我們首先是將寫好的C/C++代碼編譯成對應(yīng)平臺的動態(tài)庫(windows一般是dll文件，linux一般是so文件等)，這里我們是針對Android平臺，所以只討論so庫。由于JNI編程支持C和C++編程，這里我們的栗子都是使用C++，對于C的版本可能會有些差異，但是主要的內(nèi)容還是一致的，大家可以觸類旁通。

我的好基友程序亦非猿表示看不懂，所以害怕我的小伙伴們都有一樣的困惑，這里補充一下這篇文章的主要內(nèi)容：

1.Java的native方法怎么與C/C++中的函數(shù)鏈接起來

2.JNI定義了與Java對應(yīng)的數(shù)據(jù)類型，用于JNI編程。

3.描述符－用于描述類名或者數(shù)據(jù)類型，我們在C/C++層為了獲取Java層的對象、變量以及描述Java的方法，需要用字符串來描述需要獲取對象的類名、變量類型以及方法。
文章主要從上面三個方面做了簡單介紹，等下篇文章介紹NDK實踐的時候，回來再看看相信會有更好的理解。

從一個栗子說起

這里還是直接從代碼說起，這樣更加形象和直觀，也便于理解。今天使用的Java代碼如下：

public class AndroidJni {

    static{
        System.loadLibrary("main");
    }

    public native void dynamicLog();

    public native void staticLog();

}

這里我們定義了兩個聲明為native的方法，并聲明了一塊靜態(tài)區(qū)域，在該靜態(tài)區(qū)域類加載名為libmain.so的庫，這里我們說是libmain.so庫，但是加載的時候卻只寫了“main”，其實大家只要知道這是約定的就可以了。

C++代碼如下：

#include <jni.h>

#define LOG_TAG "main.cpp"

#include "mylog.h"

static void nativeDynamicLog(JNIEnv *evn, jobject obj){

    LOGE("hell main");
}

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_github_songnick_jni_AndroidJni_staticLog (JNIEnv *env, jobject obj)
{
    LOGE("static register log ");

}

JNINativeMethod nativeMethod[] = {{"dynamicLog", "()V", (void*)nativeDynamicLog},};

JNIEXPORT jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM *jvm, void *reserved) {

    JNIEnv *env;
    if (jvm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {

        return -1;
    }
    LOGE("JNI_OnLoad comming");
    jclass clz = env->FindClass("com/github/songnick/jni/AndroidJni");

    env->RegisterNatives(clz, nativeMethod, sizeof(nativeMethod)/sizeof(nativeMethod[0]));

    return JNI_VERSION_1_4;
}

這里引用了兩個頭文件，jni.h和mylog.h，其中jni.h是定義了很多我們使用的JNI函數(shù)和結(jié)構(gòu)體，mylog.h是我自己定義的打印Android log的函數(shù)(功能和Java的Log類相同)。
這里暫時不討論怎么編譯成so庫以及so庫的一些規(guī)范，會在下一篇文章中介紹。這里假定將上面的C++程序編譯成了一個叫l(wèi)ibmain.so的文件。在Java層使用System.loadLibarary("main")方法將該so庫加載起來，使得dynamicLog()、staticLog()和對應(yīng)的Java_com_github_songnick_jni_AndroidJni_staticLog()、nativeDynamicLog()兩個native方法鏈接起來，當(dāng)然這部分工作都是由Java虛擬機完成的，那么具體是怎么完成的，接下來將根據(jù)上面的代碼進行分析。

靜態(tài)注冊native方法

在上面的代碼中看到了JNIEXPORT和JNICALL關(guān)鍵字，這兩個關(guān)鍵字是兩個宏定義，他主要的作用就是說明該函數(shù)為JNI函數(shù)，在Java虛擬機加載的時候會鏈接對應(yīng)的native方法，在AndroidJni.java的類中聲明了staticLog()為native方法，他對應(yīng)的JNI函數(shù)就是Java_com_github_songnick_jni_AndroidJni_staticLog(),那么是怎么鏈接的呢，在Java虛擬機加載so庫時，如果發(fā)現(xiàn)含有上面兩個宏定義的函數(shù)時就會鏈接到對應(yīng)Java層的native方法，那么怎么知道對應(yīng)Java中的哪個類的哪個native方法呢，我們仔細(xì)觀察JNI函數(shù)名的構(gòu)成其實是：Java_PkgName_ClassName_NativeMethodName，以Java為前綴，并且用“_”下劃線將包名、類名以及native方法名連接起來就是對應(yīng)的JNI函數(shù)了。一般情況下我們可以自己手動的去按照這個規(guī)則寫，但是如果native方法特別多，那么還是有一定的工作量，并且在寫的過程中不小心就有可能寫錯，其實Java給我們提供了javah的工具幫助生成相應(yīng)的頭文件。在生成的頭文件中就是按照上面說的規(guī)則生成了對應(yīng)的JNI函數(shù)，我們在開發(fā)的時候直接copy過去就可以了。這里上面的代碼為例，在AndroidStudio中編譯后，進入項目的目錄app/build/intermediates/classes/debug下，運行如下命令：

javah -d jni com.github.songnick.jni.AndroidJni

這里-d指定生成.h文件存放的目錄(如果沒有就會自動創(chuàng)建)，com.github.songnick.jni.AndroidJni表示指定目錄下的class文件。這里簡單介紹一下生成的JNI函數(shù)包含兩個固定的參數(shù)變量，分別是JNIEnv和jobject，其中JNIEnv后面會介紹，jobject就是當(dāng)前與之鏈接的native方法隸屬的類對象(類似于Java中的this)。這兩個變量都是Java虛擬機生成并在調(diào)用時傳遞進來的。

動態(tài)注冊

上面我們介紹了靜態(tài)注冊native方法的過程，就是Java層聲明的native方法和JNI函數(shù)是一一對應(yīng)的，那么有沒有方法讓Java層的native方法和任意的JNI函數(shù)鏈接起來，當(dāng)然是可以的，這就得使用動態(tài)注冊的方法。接下來就看看如何實現(xiàn)動態(tài)注冊的。

JNI_OnLoad函數(shù)

當(dāng)我們使用System.loadLibarary()方法加載so庫的時候，Java虛擬機就會找到這個函數(shù)并調(diào)用該函數(shù)，因此可以在該函數(shù)中做一些初始化的動作，其實這個函數(shù)就是相當(dāng)于Activity中的onCreate()方法。該函數(shù)前面有三個關(guān)鍵字，分別是JNIEXPORT、JNICALL和jint，其中JNIEXPORT和JNICALL是兩個宏定義，用于指定該函數(shù)是JNI函數(shù)。jint是JNI定義的數(shù)據(jù)類型，因為Java層和C/C++的數(shù)據(jù)類型或者對象不能直接相互的引用或者使用，JNI層定義了自己的數(shù)據(jù)類型，用于銜接Java層和JNI層，至于這些數(shù)據(jù)類型我們在后面介紹。這里的jint對應(yīng)Java的int數(shù)據(jù)類型，該函數(shù)返回的int表示當(dāng)前使用的JNI的版本，其實類似于Android系統(tǒng)的API版本一樣，不同的JNI版本中定義的一些不同的JNI函數(shù)。該函數(shù)會有兩個參數(shù)，其中*jvm為Java虛擬機實例，JavaVM結(jié)構(gòu)體定義了以下函數(shù)：

DestroyJavaVM
AttachCurrentThread
DetachCurrentThread
GetEnv

這里我們使用了GetEnv函數(shù)獲取JNIEnv變量，上面的JNI_OnLoad函數(shù)中有如下代碼：

JNIEnv *env;
if (jvm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {

    return -1;
}

這里調(diào)用了GetEnv函數(shù)獲取JNIEnv結(jié)構(gòu)體指針，其實JNIEnv結(jié)構(gòu)體是指向一個函數(shù)表的，該函數(shù)表指向了對應(yīng)的JNI函數(shù)，我們通過調(diào)用這些JNI函數(shù)實現(xiàn)JNI編程，在后面我們還會對其進行介紹。

獲取Java對象，完成動態(tài)注冊

上面介紹了如何獲取JNIEnv結(jié)構(gòu)體指針，得到這個結(jié)構(gòu)體指針后我們就可以調(diào)用JNIEnv中的RegisterNatives函數(shù)完成動態(tài)注冊native方法了。該方法如下：

jint RegisterNatives(jclass clazz, const JNINativeMethod* methods, jint nMethods)

第一個參數(shù)是Java層對應(yīng)包含native方法的對象(這里就是AndroidJni對象)，通過調(diào)用JNIEnv對應(yīng)的函數(shù)獲取class對象(FindClass函數(shù)的參數(shù)為需要獲取class對象的類描述符)：

jclass clz = env->FindClass("com/github/songnick/jni/AndroidJni");

第二個參數(shù)是JNINativeMethod結(jié)構(gòu)體指針，這里的JNINativeMethod結(jié)構(gòu)體是描述Java層native方法的，它的定義如下：

typedef struct {
    const char* name;//Java層native方法的名字
    const char* signature;//Java層native方法的描述符
    void*       fnPtr;//對應(yīng)JNI函數(shù)的指針
} JNINativeMethod;

第三個參數(shù)為注冊native方法的數(shù)量。一般會動態(tài)注冊多個native方法，首先會定義一個JNINativeMethod數(shù)組，然后將該數(shù)組指針作為RegisterNative函數(shù)的參數(shù)傳入，所以這里定義了如下的JNINativeMethod數(shù)組：

JNINativeMethod nativeMethod[] = {{"dynamicLog", "()V", (void*)nativeDynamicLog}};

最后調(diào)用RegisterNative函數(shù)完成動態(tài)注冊：

env->RegisterNatives(clz, nativeMethod, sizeof(nativeMethod)/sizeof(nativeMethod[0]));

JNIEnv結(jié)構(gòu)體

上面提到JNIEnv這個結(jié)構(gòu)體，它就老厲害了，指向一個函數(shù)表，該函數(shù)表指向一系列的JNI函數(shù)，我們通過調(diào)用這些JNI函數(shù)可以實現(xiàn)與Java層的交互，這里簡單的看看幾個定義的函數(shù)：

..........
jfieldID GetFieldID(jclass clazz, const char* name, const char* sig)
jboolean GetBooleanField(jobject obj, jfieldID fieldID)
jmethodID GetMethodID(jclass clazz, const char* name, const char* sig)
CallVoidMethod(jobject obj, jmethodID methodID, ...)
CallBooleanMethod(jobject obj, jmethodID methodID, ...)
..........

這里簡單的看看上面的四個函數(shù)，GetFieldID()函數(shù)是獲取Java對象中某個變量的ID，GetBooleanField()函數(shù)是根據(jù)變量的ID獲取數(shù)據(jù)類型為Boolean的變量。GetMethodID()函數(shù)是獲取Java對象中對應(yīng)方法的ID，CallVoidMethod()根據(jù)methodID調(diào)用對應(yīng)對象中的方法，并且該方法的返回值為Void類型。通過這些函數(shù)我們可以實現(xiàn)調(diào)用Java層的代碼。更多的函數(shù)大家還是看看API文檔吧！

JNI數(shù)據(jù)類型

上面我們提到JNI定義了一些自己的數(shù)據(jù)類型。這些數(shù)據(jù)類型是銜接Java層和C/C++層的，如果有一個對象傳遞下來，那么對于C/C++來說是沒辦法識別這個對象的，同樣的如果C/C++的指針對于Java層來說它也是沒辦法識別的，那么就需要JNI進行匹配，所以需要定義一些自己的數(shù)據(jù)類型。

1.原始數(shù)據(jù)類型

2.引用類型

前面我們在獲取AndroidJni對象的使用通過定義jclass引用，然后調(diào)用FindClass函數(shù)獲取了該對象，所以JNI也定義了一些引用類型以便JNI層調(diào)用，具體的引用類型如下：

jobject                     (all Java objects)
|
|-- jclass                  (java.lang.Class objects)
|-- jstring                 (java.lang.String objects)
|-- jarray                  (array)
|     |--jobjectArray       (object arrays)
|     |--jbooleanArray      (boolean arrays)
|     |--jbyteArray         (byte arrays)
|     |--jcharArray         (char arrays)
|     |--jshortArray        (short arrays)
|     |--jintArray          (int arrays)
|     |--jlongArray         (long arrays)
|     |--jfloatArray        (float arrays)
|     |--jdoubleArray       (double arrays)
|
|--jthrowable

3.方法和變量的ID
?當(dāng)需要調(diào)用Java中的某個方法的時候我們首先要獲取它的ID，根據(jù)ID調(diào)用JNI函數(shù)獲取該方法，變量的獲取過程也是同樣的過程，這些ID的結(jié)構(gòu)體定義如下：

struct _jfieldID;              /* opaque structure */ 
typedef struct _jfieldID *jfieldID;   /* field IDs */ 

struct _jmethodID;              /* opaque structure */ 
typedef struct _jmethodID *jmethodID; /* method IDs */ 

描述符

1.類描述符
?前面為了獲取Java的AndroidJni對象，是通過調(diào)用FindClass()函數(shù)獲取的，該函數(shù)參數(shù)只有一個字符串參數(shù)，我們發(fā)現(xiàn)該字符串如下所示：

com/github/songnick/jni/AndroidJni

其實這個就是JNI定義了對類的描述符，它的規(guī)則就是將"com.github.songnick.jni.AndroidJni"中的“.”用“/”代替。

2.方法描述符
?前面我們動態(tài)注冊native方法的時候結(jié)構(gòu)體JNINativeMethod中含有方法描述符，就是確定native方法的參數(shù)和返回值，我們這里定義的dynamicLog()方法沒有參數(shù)，返回值為空所以對應(yīng)的描述符為："()V"，括號類為參數(shù)，V表示返回值為空。下面還是看看幾個栗子吧：

上面的栗子我們看到方法的返回類型和方法參數(shù)有引用類型以及boolean、int等基本數(shù)據(jù)類型，對于這些類型的描述符在下個部分介紹。這里數(shù)組的描述符以"["和對應(yīng)的類型描述符來表述。對于二維數(shù)組以及三維數(shù)組則以"[["和"[[["表示：

3.數(shù)據(jù)類型描述符
?前面我們說了方法的描述符，那么針對boolean、int等數(shù)據(jù)類型描述符是怎樣的呢，JNI對基本數(shù)據(jù)類型的描述符定義如下：

對于引用類型描述符是以"L"開頭";"結(jié)尾，示例如下所示：

總結(jié)

上面的部分我們通過一個栗子簡單的對JNI編程進行了分析，這里只是對簡單的進行了介紹，只是JNI編程的一部分，我相信任何一門技術(shù)或者技術(shù)點都不能通過一篇文章達到精通，更多的還是靠實踐，只有在實踐的過程中發(fā)現(xiàn)問題－解決問題，才能對知識更好的理解和認(rèn)識，從而達到精通。所以希望通過這邊文章你可以對JNI編程有一個初步的認(rèn)識，不會感覺JNI編程很難。大家可以多看看JNI的API文檔，我這里也有一份JNI的教程，大家下載下來看看吧，這樣會對JNI有更多的了解。這里還要說一下對于Android的JNI編程還是有點區(qū)別的，大家可以多看看Google官方文檔對于JNI編程的一些指導(dǎo)和Demo程序。下一篇文章將介紹Android NDK相關(guān)的內(nèi)容，將JNI編程運用到Android開發(fā)中。

希望在Android學(xué)習(xí)的路上，大家共同成長！
（如果有人有對這個Android職位感興趣，我可以幫忙內(nèi)推，簡歷發(fā)我郵件?。?/p>