Android跨進程通信IPC整體內容如下
- 1、Android跨進程通信IPC之1——Linux基礎
- 2、Android跨進程通信IPC之2——Bionic
- 3、Android跨進程通信IPC之3——關于"JNI"的那些事
- 4、Android跨進程通信IPC之4——AndroidIPC基礎1
- 4、Android跨進程通信IPC之4——AndroidIPC基礎2
- 5、Android跨進程通信IPC之5——Binder的三大接口
- 6、Android跨進程通信IPC之6——Binder框架
- 7、Android跨進程通信IPC之7——Binder相關結構體簡介
- 8、Android跨進程通信IPC之8——Binder驅動
- 9、Android跨進程通信IPC之9——Binder之Framework層C++篇1
- 9、Android跨進程通信IPC之9——Binder之Framework層C++篇2
- 10、Android跨進程通信IPC之10——Binder之Framework層Java篇
- 11、Android跨進程通信IPC之11——AIDL
- 12、Android跨進程通信IPC之12——Binder補充
- 13、Android跨進程通信IPC之13——Binder總結
- 14、Android跨進程通信IPC之14——其他IPC方式
- 15、Android跨進程通信IPC之15——感謝
在分析IPC基于Android 6.0)的過程中，里面的核心部分是Native的，并且還包含一些linux kernel，而作為Android開發者看到的代碼大部分都是Java層，所以這就一定會存在Java與C/C++代碼的來回跳轉，那么久很有必要來先說一下JNI，本文主要內容如下：
- 1、相關代碼
- 2、JNI簡介
- 3、Android中應用程序框架
- 4、JNI查找方式
- 5、loadLibrary源碼分析
- 6、JNI資源
- 7、總結
一、相關代碼
(一)、代碼位置
frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp
libcore/luni/src/main/java/java/lang/System.java
libcore/luni/src/main/java/java/lang/Runtime.java
libnativehelper/JNIHelp.cpp
libnativehelper/include/nativehelper/jni.h
frameworks/base/core/java/android/os/MessageQueue.java
frameworks/base/core/jni/android_os_MessageQueue.cpp
frameworks/base/core/java/android/os/Binder.java
frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp
frameworks/base/media/java/android/media/MediaPlayer.java
frameworks/base/media/jni/android_media_MediaPlayer.cpp
(二)、代碼鏈接
二、JNI簡介
(一)、JNI介紹
JNI(Java Native Interface，Java本地接口)，用于打通Java層與Native(C/C++)層。這不是Android系統獨有的，而是Java所有。眾所周知，Java語言是是跨平臺的語言，而這跨平臺的背后都是一開Java虛擬機，虛擬機采用C/C++編寫，適配各個系統，通過JNI為上層Java提供各種服務，保證跨平臺性。
其實不少的Java的程序員，享受著其跨平臺性，可能全然不知JNI的存在。在Android平臺，讓JNI大放異彩，為更多的程序員所數值，往往為了提供效率或者其他功能需求，就需要在NDK上開發。本文的主要目的是介紹android上層中Java與Native的紐帶JNI。
(二)、Java/JNI/C的關系
1、C與Java的側重
- C語言：C語言中重要的是函數 fuction
- Java語言：Java中最重要的是JVM，class類，以及class中的方法
2、C與Java的"面向"
- C語言：是面向函數的語言
- Java語言：是面向對象的語言
3、C與Java如何交流
- JNI規范：C語言與Java語言交流需要一個適配器，中間件，即JNI，JNI提供一共規范
- C語言中調用Java的方法：可以讓我們在C代碼中找到Java代碼class的方法，并且調用該方法
- Java語言中調用C語言方法：同時也可以在Java代碼中，將一個C語言的方法映射到Java的某個方法上
- JNI的橋梁作用：JNI提供了一個橋梁，打通了C語言和Java語言的之間的障礙。
4、JNI中的一些概念
- natvie：Java語言中修飾本地方法的修飾符(也可以理解為關鍵字)，被該修飾符修飾的方法沒有方法體
- Native方法：在Java語言中被native關鍵字修飾的方法是Native方法
- JNI層：Java聲明Native方法的部分
- JNI函數：JNIEnv提供的函數，這些函數在jni.h中進行定義
- JNI方法：Native方法對應JNI實現的C/C++方法，即在jni目錄中實現的那些C語言代碼
5、JNI接口函數和指針
平臺相關代碼是通過調用JNI函數來訪問Java虛擬機功能的。JNI函數可以通過接口指針來獲得。接口指針是指針的指針，它指向一個指針數組，而指針數組中的每個元素又指向一個接口函數。每個接口函數都處在數組的某個預定偏移量中。下圖說明了接口指針的組織結構。
JNI接口的組織類似于C++虛擬函數表或COM接口。使用接口表而不實用硬性編入的函數表的好處是使JNI名字空間與平臺代碼分開。虛擬機可以很容易地提供了多個版本的JNI寒暑表。例如，虛擬機 可以支持以下兩個JNI函數表：
- 一個表對非法參數進行全面檢查，適用于調試程序
- 另一個表只進行JNI規范所要求的最小程度的檢查，因此效率較高。
JNI接口指針只在當前線程中有效。因此，本地方法不能講接口指針從一個線程傳遞到另一個線程中。實現JNI虛擬機可能將本地線程的數據分配和儲存在JNI接口指針所指向區域中。本地方法將JNI接口指針當做參數來接受。虛擬機在從相同的Java線程中對本地方法進行多次調用時，保證傳遞給本地方法的接口指針是相同的。但是，一個本地方方可以被不同的Java線程所調用，因此可以接受不同的JNI接口指針。
本地方法將JNI接口指針當參數來接受。虛擬機在從相同的Java線程對本地方法進行多次調用時，保證傳遞給本地方法的接口指針是相同的。但是，一個本地方法可被不同的Java線程所調用，因此可以接受不同的JNI接口指針。
6、JavaVM和JNIEnv
####### (1)、JavaVM
代表Java虛擬機。所有的工作都是從獲取虛擬機接口開始的。有兩種方式：第一種方式，在加載動態鏈接庫時，JVM會調用JNI_OnLoad(JavaVM * jvm, void * reserved)(如果定了該函數)。第一個參數會傳入JavaVM指針；第二種方式，在native_code中調用JNI_CreateJavaVM(&jvm,(void*)&env,&vm_args) 可以得到JavaVM指針。兩種方式都可以用全局變量，比如JavaVM * g_jvm來保存獲取到的指針以便在任意上下文中使用。Android系統是利用第二種方式Invocation interface來創建JVM
####### (2)、JNIEnv
JNIEnv，即JNIEnvironment；字面意思就是JNI環境。其實它是一個與線程相關的JNI環境結構體。所以JNIEnv類型實際代表了Java環境。通過這個JNIEnv*指針，就可以對Java端代碼進行操作。與線程相關，不同線程的JNIEnv相互獨立。 JNIEnv只在當前線程中有效。Native方法不能將JNIEnv從一個線程傳遞到另一個線程中。相同的Java線程對Native方法多次調用時，傳遞給Native方法的JNIEnv是相同的。但是，一個本地方法可能會被不同的Java線程調用，因此可以接受不同的JNIEnv。
和JNIEnv相比，JavaVM可以在進程中各個線程間共享。理論上一個進程可以有多個JavaVM，但Android只允許一個JavaVM。需要強調在Android SDK中強調了額 " do not cache JNIEnv * "，要用的時候在不同的線程中通過JavaVM * jvm的方法來獲取與當前線程相關的JNIEnv *。
在Java里，每一個一個process可以產生多個JavaVM對象，但是在android上，每一個process只有一個Dalvik虛擬機對象，也就是在android進程中是通過有且只有一個虛擬機對象來服務所有Java和C/C++代碼。Java的dex字節碼和C/C++的 xxx.so 同時運行Dalvik虛擬機之內，共同使用一個進程空間。之所以可以相互調用，也是因為有Dalvik虛擬機。當Java代碼需要C/C++代碼時，Dalvik虛擬機加載xxx.so庫時，會先調用JNI_Onload()，此時會把Java對象的指針存儲于C層JNI組件的全局環境中，在Java層調用C層的Native函數時，調用Native函數線程必然通過Dalvik虛擬機來調用C層的Native函數。此時，虛擬機會為Native的C組件是實例化一個JNIEnv指針，該指針指向Dalvik虛擬機的具體函數列表，當JNI的C組件調用Java層的方法或屬性時，需要JNIEnv指針來進行調用。當本地C/C++想獲的當前線程所要使用的JNIEnv時，可以使用Dalvik虛擬機對象的JavaVM * jvm—>GetEnv()返回當前線程所在的JNIEnv*。
三、Android中應用程序框架
(一)、正常情況下的Android框架
最頂層是** Android應用程序代碼 **，上層的 ** 應用層 ** 和 ** 應用框架層 ** 主要是Java代碼，中間有一層的 ** Framework框架層代碼 ** 是C/C++代碼，通過Framework進行系統調用，調用底層的庫和 Linux內核
(二)、使用JNI的Android框架
使用JNI時的Android框架：繞過Framework提供的底層代碼，直接調用自己的寫的C代碼，該代碼最終會編譯成一個庫，這個庫通過JNI提供的一個Stable的ABI 調用Linux kernel，ABI是二進制程序接口 application binary interface
(三)、Android框架中的JNI
1、紐帶
JNI是連接框架層(Framework - C/C++) 和應用框架層(Application Framework - Java )的紐帶
2、JNI在Android中的作用
JNI可以調用本地代碼庫(即C/C++代碼)，并通過Dalvik虛擬機與應用層和應用框架層進行交互，Android 中的JNI主要位于應用層和應用框架層之間
- 應用層：該層是由JNI開發，主要使用標準的JNI編程模型
- 應用框架層： 使用的是Android中自定義的一套JNI編程模型，該自定義的JNI編程模型彌補了標準的JNI編程模型的不足
3、NDK與JNI區別：
- NDK：NDK是Google開發的一套開發和編譯工具集，主要用于AndroidJNI開發
- JNI：JNI十套編程接口，用來實現Java代碼與本地C/C++代碼進行交互
四、JNI查找方式
Android系統在啟動的過程中，先啟動Kernel創建init進程，緊接著由init進程fork第一個橫穿Java和C/C++的進程，即Zygote進程。Zygote啟動過程會在 AndroidRuntime.cpp 中的startVM創建虛擬機，VM創建完成后，緊接著調用 startReg 完成虛擬機中的JNI方法注冊。
(一)、startReg
// frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp 1440行
/*
* Register android native functions with the VM.
* 在虛擬機上注冊Android的native方法
*/
int AndroidRuntime::startReg(JNIEnv*env) {
/*
* This hook causes all future threads created in this process to be
* attached to the JavaVM. (This needs to go away in favor of JNI
* Attach calls.)
* 此鉤子將導致在此過程中創建的所有未來線程 附加到JavaVM。 （這需要消除對
* JNI的支持附加調用。）
* 說白了就是設置線程的創建方法為 javaCreateThreadEtc
*/
androidSetCreateThreadFunc((android_create_thread_fn) javaCreateThreadEtc);
ALOGV("--- registering native functions ---\n");
/*
* Every "register" function calls one or more things that return
* a local reference (e.g. FindClass). Because we haven't really
* started the VM yet, they're all getting stored in the base frame
* and never released. Use Push/Pop to manage the storage.
* 每個“注冊”函數調用一個或多個返回的東西本地引用（例如FindClass）。
* 因為我們沒有真的啟動虛擬機，它們都被存儲在基本框架中并沒有發布。
* 使用Push / Pop管理存儲。
*/
env -> PushLocalFrame(200);
// 進程JNI注冊函數
if (register_jni_procs(gRegJNI, NELEM(gRegJNI), env) < 0) {
env -> PopLocalFrame(NULL);
return -1;
}
env -> PopLocalFrame(NULL);
//createJavaThread("fubar", quickTest, (void*) "hello");
return 0;
}
startReg()函數里面調用了register_jni_procs()函數，這個函數是真正的注冊，那我們就來看下這個register_jni_procs()函數
1、register_jni_procs()
// frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp 1283行
static int register_jni_procs(const RegJNIRec array[], size_t count, JNIEnv*env) {
for (size_t i = 0; i < count; i++) {
if (array[i].mProc(env) < 0) {
#ifndef NDEBUG
ALOGD("----------!!! %s failed to load\n", array[i].mName)
#endif
return -1;
}
}
return 0;
}
發現上面的代碼很簡單，register_jni_procs(gRegJNI, NELEM(gRegJNI), env)函數的的作用就是循環調用gRegJNI數組成員所對應的方法
上面提到了gRegJNI數組，gRegJNI是什么，我們一起來看下
2、gRegJNI數組
// frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp 1296行
static const RegJNIRec gRegJNI[] = {
REG_JNI(register_com_android_internal_os_RuntimeInit),
REG_JNI(register_android_os_SystemClock),
REG_JNI(register_android_util_EventLog),
REG_JNI(register_android_util_Log),
REG_JNI(register_android_content_AssetManager),
REG_JNI(register_android_content_StringBlock),
REG_JNI(register_android_content_XmlBlock),
REG_JNI(register_android_emoji_EmojiFactory),
REG_JNI(register_android_text_AndroidCharacter),
REG_JNI(register_android_text_StaticLayout),
REG_JNI(register_android_text_AndroidBidi),
REG_JNI(register_android_view_InputDevice),
REG_JNI(register_android_view_KeyCharacterMap),
REG_JNI(register_android_os_Process),
REG_JNI(register_android_os_SystemProperties),
REG_JNI(register_android_os_Binder),
REG_JNI(register_android_os_Parcel),
REG_JNI(register_android_nio_utils),
REG_JNI(register_android_graphics_Graphics),
REG_JNI(register_android_view_DisplayEventReceiver),
REG_JNI(register_android_view_RenderNode),
REG_JNI(register_android_view_RenderNodeAnimator),
REG_JNI(register_android_view_GraphicBuffer),
REG_JNI(register_android_view_DisplayListCanvas),
REG_JNI(register_android_view_HardwareLayer),
REG_JNI(register_android_view_ThreadedRenderer),
REG_JNI(register_android_view_Surface),
REG_JNI(register_android_view_SurfaceControl),
REG_JNI(register_android_view_SurfaceSession),
REG_JNI(register_android_view_TextureView),
REG_JNI(register_com_android_internal_view_animation_NativeInterpolatorFactoryHelper),
REG_JNI(register_com_google_android_gles_jni_EGLImpl),
REG_JNI(register_com_google_android_gles_jni_GLImpl),
REG_JNI(register_android_opengl_jni_EGL14),
REG_JNI(register_android_opengl_jni_EGLExt),
REG_JNI(register_android_opengl_jni_GLES10),
REG_JNI(register_android_opengl_jni_GLES10Ext),
REG_JNI(register_android_opengl_jni_GLES11),
REG_JNI(register_android_opengl_jni_GLES11Ext),
REG_JNI(register_android_opengl_jni_GLES20),
REG_JNI(register_android_opengl_jni_GLES30),
REG_JNI(register_android_opengl_jni_GLES31),
REG_JNI(register_android_opengl_jni_GLES31Ext),
REG_JNI(register_android_graphics_Bitmap),
REG_JNI(register_android_graphics_BitmapFactory),
REG_JNI(register_android_graphics_BitmapRegionDecoder),
REG_JNI(register_android_graphics_Camera),
REG_JNI(register_android_graphics_CreateJavaOutputStreamAdaptor),
REG_JNI(register_android_graphics_Canvas),
REG_JNI(register_android_graphics_CanvasProperty),
REG_JNI(register_android_graphics_ColorFilter),
REG_JNI(register_android_graphics_DrawFilter),
REG_JNI(register_android_graphics_FontFamily),
REG_JNI(register_android_graphics_Interpolator),
REG_JNI(register_android_graphics_LayerRasterizer),
REG_JNI(register_android_graphics_MaskFilter),
REG_JNI(register_android_graphics_Matrix),
REG_JNI(register_android_graphics_Movie),
REG_JNI(register_android_graphics_NinePatch),
REG_JNI(register_android_graphics_Paint),
REG_JNI(register_android_graphics_Path),
REG_JNI(register_android_graphics_PathMeasure),
REG_JNI(register_android_graphics_PathEffect),
REG_JNI(register_android_graphics_Picture),
REG_JNI(register_android_graphics_PorterDuff),
REG_JNI(register_android_graphics_Rasterizer),
REG_JNI(register_android_graphics_Region),
REG_JNI(register_android_graphics_Shader),
REG_JNI(register_android_graphics_SurfaceTexture),
REG_JNI(register_android_graphics_Typeface),
REG_JNI(register_android_graphics_Xfermode),
REG_JNI(register_android_graphics_YuvImage),
REG_JNI(register_android_graphics_pdf_PdfDocument),
REG_JNI(register_android_graphics_pdf_PdfEditor),
REG_JNI(register_android_graphics_pdf_PdfRenderer),
REG_JNI(register_android_database_CursorWindow),
REG_JNI(register_android_database_SQLiteConnection),
REG_JNI(register_android_database_SQLiteGlobal),
REG_JNI(register_android_database_SQLiteDebug),
REG_JNI(register_android_os_Debug),
REG_JNI(register_android_os_FileObserver),
REG_JNI(register_android_os_MessageQueue),
REG_JNI(register_android_os_SELinux),
REG_JNI(register_android_os_Trace),
REG_JNI(register_android_os_UEventObserver),
REG_JNI(register_android_net_LocalSocketImpl),
REG_JNI(register_android_net_NetworkUtils),
REG_JNI(register_android_net_TrafficStats),
REG_JNI(register_android_os_MemoryFile),
REG_JNI(register_com_android_internal_os_Zygote),
REG_JNI(register_com_android_internal_util_VirtualRefBasePtr),
REG_JNI(register_android_hardware_Camera),
REG_JNI(register_android_hardware_camera2_CameraMetadata),
REG_JNI(register_android_hardware_camera2_legacy_LegacyCameraDevice),
REG_JNI(register_android_hardware_camera2_legacy_PerfMeasurement),
REG_JNI(register_android_hardware_camera2_DngCreator),
REG_JNI(register_android_hardware_Radio),
REG_JNI(register_android_hardware_SensorManager),
REG_JNI(register_android_hardware_SerialPort),
REG_JNI(register_android_hardware_SoundTrigger),
REG_JNI(register_android_hardware_UsbDevice),
REG_JNI(register_android_hardware_UsbDeviceConnection),
REG_JNI(register_android_hardware_UsbRequest),
REG_JNI(register_android_hardware_location_ActivityRecognitionHardware),
REG_JNI(register_android_media_AudioRecord),
REG_JNI(register_android_media_AudioSystem),
REG_JNI(register_android_media_AudioTrack),
REG_JNI(register_android_media_JetPlayer),
REG_JNI(register_android_media_RemoteDisplay),
REG_JNI(register_android_media_ToneGenerator),
REG_JNI(register_android_opengl_classes),
REG_JNI(register_android_server_NetworkManagementSocketTagger),
REG_JNI(register_android_ddm_DdmHandleNativeHeap),
REG_JNI(register_android_backup_BackupDataInput),
REG_JNI(register_android_backup_BackupDataOutput),
REG_JNI(register_android_backup_FileBackupHelperBase),
REG_JNI(register_android_backup_BackupHelperDispatcher),
REG_JNI(register_android_app_backup_FullBackup),
REG_JNI(register_android_app_ActivityThread),
REG_JNI(register_android_app_NativeActivity),
REG_JNI(register_android_view_InputChannel),
REG_JNI(register_android_view_InputEventReceiver),
REG_JNI(register_android_view_InputEventSender),
REG_JNI(register_android_view_InputQueue),
REG_JNI(register_android_view_KeyEvent),
REG_JNI(register_android_view_MotionEvent),
REG_JNI(register_android_view_PointerIcon),
REG_JNI(register_android_view_VelocityTracker),
REG_JNI(register_android_content_res_ObbScanner),
REG_JNI(register_android_content_res_Configuration),
REG_JNI(register_android_animation_PropertyValuesHolder),
REG_JNI(register_com_android_internal_content_NativeLibraryHelper),
REG_JNI(register_com_android_internal_net_NetworkStatsFactory),
};
gRegJNI數組，有138個成員變量，定義在AndroidRuntime.cpp中，該數組中每一個成員都代表一類文件的jni映射，其中REG_JNI是一個宏定義，讓我們來看下
3、REG_JNI 宏定義
#ifdef NDEBUG
#define REG_JNI(name) { name }
struct RegJNIRec {
int (*mProc)(JNIEnv*);
};
#else
#define REG_JNI(name) { name, #name }
struct RegJNIRec {
int (*mProc)(JNIEnv*);
const char* mName;
};
#endif
其中 mProc，就等價于調用其參數名所指向的函數，例如
REG_JNI(register_com_android_internal_os_RuntimeInit).mProc 也就是指進入 register_com_android_internal_os_RuntimeInit的方法，以此為例，看下面的代碼
int register_com_android_internal_os_RuntimeInit(JNIEnv* env)
{
return jniRegisterNativeMethods(env, "com/android/internal/os/RuntimeInit",
gMethods, NELEM(gMethods));
}
//gMethods：java層方法名與jni層的方法的一一映射關系
static JNINativeMethod gMethods[] = {
{ "nativeFinishInit", "()V",
(void*) com_android_internal_os_RuntimeInit_nativeFinishInit },
{ "nativeZygoteInit", "()V",
(void*) com_android_internal_os_RuntimeInit_nativeZygoteInit },
{ "nativeSetExitWithoutCleanup", "(Z)V",
(void*) com_android_internal_os_RuntimeInit_nativeSetExitWithoutCleanup },
};
所以REG_JNI就是一個宏定義，該宏的作用就是調用相應的方法。
(二)、如何查找native方法
當大家在看framework層代碼時，經常會看到native方法，這往往需要查看所對應的C++方法在那個文件，對應那個方法？下面從一個實例出發帶大家如何查看Java層方法所對應的Native方法位置
1、實例(一)
在后面分析Android消息機制源碼，遇到MessageQueue.java中有多個native方法，比如：
private native void nativePollOnce(long ptr, int timeoutMillis);
這樣要怎么查找那？主要分為兩個步驟
- 第一步：MessageQueue.java的全限定名為android.os.MessageQueue.java。方法名為android.os.MessageQueue.nativePollOnce()，而相對應的native層方法名只是將點號替換為下劃線，所以可得android_os_MessgaeQueue_nativePollOnce()。所以：nativePollOnce---->android_os_MessageQueue_nativePollOnce()
- 第二步：有了對應的native方法，接下來就需要這個native方法在那個文件中，上面已經說了，Android系統啟動的時候已經注冊了大量的JNI方法。
在AndroidRumtime.cpp的gRegJNI數組。這些注冊方法命名方式如下：
register_[包名]_[類名]
那么MessageQueue.java所定義的JNI注冊方法名應該是
** register_android_os_MessageQueue ** ，的確存在于 ** gRegJNI ** 數組，說明這次JNI注冊過程是開機過程完成的。該方法是在 ** AndroidRuntime.cpp ** 申明為extern方法:
extern int register_android_os_MessageQueue(JNIEnv* env);
這些extern方法絕大多數位于 ** /framework/base/core/jni ** 目錄，大多數情況下 native命名方式為
[包名]_[類名].cpp
[包名]_[類名].h
所以 MessageQueue.java--->android_os_MessageQueue.cpp。
打開android_os_MessageQueue.cpp文件，搜索android_os_MessageQueue_nativePollOnce方法，這便找到了目標方法：
static void android_os_MessageQueue_nativePollOnce(JNIEnv* env, jobject obj,
jlong ptr, jint timeoutMillis) {
NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = reinterpret_cast<NativeMessageQueue*>(ptr);
nativeMessageQueue->pollOnce(env, obj, timeoutMillis);
}
到這里完成了一次從Java層方法搜索到所對應的C++方法的過程。
2、實例(二)
對于native文件命名方式，有時并非[包名]_[類名].cpp，比如Binder.java，Binder.java所對應的native文件：android_util_Binder.cpp。
比如：Binder.java的native方法，代碼如下：
public static final native int getCallingPid();
根據實例(一)的方式，找到getCallingPid--->android_os_Binder_getCallingPid()，并且在AndroidRumtime.cpp中的gRegJNI數組找到了register_android_os_Binder。按照實例(一)方式則native中的文件名為android_os_Binder.cpp，可是在/framwork/base/core/jni/目錄下找不到該文件，這是例外的情況。其實真正的文件名為android_util_Binder.cpp，這就是例外，這一點有些費勁，不明白為何google打破之前的規律。
//frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp 761行
static jint android_os_Binder_getCallingPid(JNIEnv* env, jobject clazz)
{
return IPCThreadState::self()->getCallingPid();
}
有人會問，以后遇到打破常規的文件命名的文件怎么辦？其實很簡單，首先，先嘗試在/framework/base/core/jni/中搜索，對于Binder.java，可以直接搜索Binder關鍵字，其他類似。如果這里找不到，可以通過grep全局搜索android_os_Binder_getCallingPid()這個方法在那個文件上。
jni存在的常見目錄：
- /framework/base/core/jni
- /framework/base/services/core/jni
- /framework/base/media/jni
3、實例(三)
前面兩種都是在Android系統啟動之初，便已經注冊過JNI所對應的方法。那么如果程序自己定義的JNI方法，該如何查看JNI方法所在的位置？下面以MediaPlayer.java為例，其包名為android.media:
public class MediaPlayer{
static {
System.loadLibrary("media_jni");
native_init();
}
private static native final void native_init();
}
通過static 靜態代碼塊中的System.loadLibrary()方法來加載動態庫，庫名為media_jni，Android平臺則會自動擴展成所對應的libmedia_jni.so庫。接著通過關鍵字native加載native_init方法之前，便可以在java層直接使用native層方法。
接下來便要查看libmedia_jni.so庫定義所在文件，一般都是通過android.mk文件中定義的LOCAL_MODULE:= libmedia_jni，可以采用grep或者mgrep來搜索包含libmedia_jni字段的Android.mk所在路徑。
搜索可知，libmedia_jni.so位于/framework/base/media/jni/Android.mk。用前面的實例(一)中的知識來查看相應的文件和方法分別為:
android_media_MediaPlayer.cpp
android_media_MediaPlayer_native_init()
再然后，你會發現果然在該Android.mk所在目錄/frameworks/base/media/jni中找到android_media_MediaPlayer.cpp文件。并在文件中存在相應的方法
//frameworks/base/media/jni/android_media_MediaPlayer.cpp 820行
// This function gets some field IDs, which in turn causes class initialization.
// It is called from a static block in MediaPlayer, which won't run until the
// first time an instance of this class is used.
// 當類初始化的時候此函數獲取一些字段ID。因為它是在MediaPlayer中的靜態塊中調用的，所以除非是第一次使用此類的實例，否則它將不會運行。
static void android_media_MediaPlayer_native_init(JNIEnv *env)
{
jclass clazz;
clazz = env->FindClass("android/media/MediaPlayer");
if (clazz == NULL) {
return;
}
fields.context = env->GetFieldID(clazz, "mNativeContext", "J");
if (fields.context == NULL) {
return;
}
fields.post_event = env->GetStaticMethodID(clazz, "postEventFromNative",
"(Ljava/lang/Object;IIILjava/lang/Object;)V");
if (fields.post_event == NULL) {
return;
}
fields.surface_texture = env->GetFieldID(clazz, "mNativeSurfaceTexture", "J");
if (fields.surface_texture == NULL) {
return;
}
env->DeleteLocalRef(clazz);
clazz = env->FindClass("android/net/ProxyInfo");
if (clazz == NULL) {
return;
}
fields.proxyConfigGetHost =
env->GetMethodID(clazz, "getHost", "()Ljava/lang/String;");
fields.proxyConfigGetPort =
env->GetMethodID(clazz, "getPort", "()I");
fields.proxyConfigGetExclusionList =
env->GetMethodID(clazz, "getExclusionListAsString", "()Ljava/lang/String;");
env->DeleteLocalRef(clazz);
gPlaybackParamsFields.init(env);
gSyncParamsFields.init(env);
}
所以 MediaPlayer.java中的native_init()方法位于/frameworks/base/media/jni/目錄下的android_media_MediaPlayer.cpp文件中的android_media_MediaPlayer_native_init方法。
(三)、總結
JNI作為連接Java世界和C/C++世界的橋梁，很有必要掌握。看完本文后，一定要掌握在分析Android源碼過程匯總如何查找native方法。首先明白native方法名和文件名的命名規律，其次要懂得該如何去搜索代碼。JNI方式注冊無非是Android系統啟動中Zygote注冊以及通過System.loadLibrary方式注冊，對于系統啟動過程注冊的，可以通過查詢AndroidRuntime.cpp中的gRegJNI是否存在對應的register方法，如果不存在，則大多數通過LoadLibrary方式來注冊。
五、loadLibrary源碼分析
再來進一步分析，Java層與native層方法是如何注冊并映射的，繼續以MediaPlayer為例，進一步分析。
在MediaPlayer.java中調用System.loadLibrary("media_jni"),把libmedia_jni.so動態庫加載到內存。接下來以loadLibrary為起點展開JNI注冊流程的過程分析。
(一) loadLibrary() 流程
1、loadLibrary()方法
//libcore/luni/src/main/java/java/lang/System.java 1075行
/**
* Loads the system library specified by the <code>libname</code>
* argument. The manner in which a library name is mapped to the
* actual system library is system dependent.
*
* 加載由 libname 參數指定的系統庫， library庫名是通過系統依賴映射到實際系統庫的。
*
* <p>
* The call <code>System.loadLibrary(name)</code> is effectively
* equivalent to the call
* <blockquote><pre>
* Runtime.getRuntime().loadLibrary(name)
* </pre></blockquote>
*
* 調用 System.loadLibrary(name)實際上等價于調用
* Runtime.getRuntime().loadLibrary（name）
*
* @param libname the name of the library. lib庫的名字
* @exception SecurityException if a security manager exists and its
* <code>checkLink</code> method doesn't allow
* loading of the specified dynamic library
* 如果存在安全管理員，并且其 checkLink 方法不允許 加載指定的動態庫，則會拋出SecurityException
* @exception UnsatisfiedLinkError if the library does not exist.
* 如果庫不存在則拋出UnsatisfiedLinkError
* @exception NullPointerException if <code>libname</code> is
* <code>null</code>
* 如果libname是null則拋出NullPointerException
* @see java.lang.Runtime#loadLibrary(java.lang.String)
* @see java.lang.SecurityManager#checkLink(java.lang.String)
*/
public static void loadLibrary(String libname) {
Runtime.getRuntime().loadLibrary(libName, VMStack.getCallingClassLoader());
}
通過代碼和上面的注釋，我們知道了，loadLibrary(String)其本質是調用了 Runtime.getRuntime().loadLibrary(String,ClassLoader)
那我們就來跟蹤一下
2、Runtime.getRuntime().loadLibrary(String,ClassLoader)方法
/*
* Searches for and loads the given shared library using the given ClassLoader.
* 使用指定的ClassLoader搜索并加載給定的共享庫
*/
void loadLibrary(String libraryName, ClassLoader loader) {
//如果load不為null 則進入該分支
if (loader != null) {
//查找庫所在的路徑
String filename = loader.findLibrary(libraryName);
// 如果路徑為null則說明找不到庫
if (filename == null) {
// It's not necessarily true that the ClassLoader used
// System.mapLibraryName, but the default setup does, and it's
// misleading to say we didn't find "libMyLibrary.so" when we
// actually searched for "liblibMyLibrary.so.so".
// 當我們搜索liblibMyLibrary.so.so的時候，可能會提示我們沒有找
// 到"ibMyLibrary.so"。是因為ClassClassLoader不一定使用System，
// 但是默認設置又是這樣的，所以會有一定的誤導性
throw new UnsatisfiedLinkError(loader + " couldn't find \"" +
System.mapLibraryName(libraryName) + "\"");
}
//找到路徑，則加載庫
String error = doLoad(filename, loader);
if (error != null) {
throw new UnsatisfiedLinkError(error);
}
return;
}
// 如果loader為null，則執行下面的代碼
// 其中 System.mapLibraryName(String) 是"根據庫名返回本地的庫"
String filename = System.mapLibraryName(libraryName);
List<String> candidates = new ArrayList<String>();
String lastError = null;
for (String directory : mLibPaths) {
String candidate = directory + filename;
candidates.add(candidate);
if (IoUtils.canOpenReadOnly(candidate)) {
//加載庫
String error = doLoad(candidate, loader);
if (error == null) {
return; // We successfully loaded the library. Job done.
}
lastError = error;
}
}
if (lastError != null) {
throw new UnsatisfiedLinkError(lastError);
}
throw new UnsatisfiedLinkError("Library " + libraryName + " not found; tried " + candidates);
}
通過上面的代碼，我們知道，無論loader是否為null，最后都是通過doLoad(String, ClassLoader)來真正的加載。那我們來一起看一下
3、doLoad(String name, ClassLoader loader) 方法
//libcore/luni/src/main/java/java/lang/Runtime.java 401行
private String doLoad(String name, ClassLoader loader) {
// Android apps are forked from the zygote, so they can't have a custom LD_LIBRARY_PATH,
// which means that by default an app's shared library directory isn't on LD_LIBRARY_PATH.
// Android應用程序從zygote分支fork出來的，所以他們無法自定義
// LD_LIBRARY_PATH，這意味著默認情況下，應用程序的共享庫目錄不在
// LD_LIBRARY_PATH上。
// The PathClassLoader set up by frameworks/base knows the appropriate path, so we can load
// libraries with no dependencies just fine, but an app that has multiple libraries that
// depend on each other needed to load them in most-dependent-first order.
// We added API to Android's dynamic linker so we can update the library path used for
// the currently-running process. We pull the desired path out of the ClassLoader here
// and pass it to nativeLoad so that it can call the private dynamic linker API.
// We didn't just change frameworks/base to update the LD_LIBRARY_PATH once at the
// beginning because multiple apks can run in the same process and third party code can
// use its own BaseDexClassLoader.
// We didn't just add a dlopen_with_custom_LD_LIBRARY_PATH call because we wanted any
// dlopen(3) calls made from a .so's JNI_OnLoad to work too.
// So, find out what the native library search path is for the ClassLoader in question...
// 由framework / base設置的PathClassLoader知道適具體的路徑，因此我們可以
// 加載沒有依賴關系的庫，但是具有依賴于彼此的多個庫的應用程序需要以大多
// 數依賴的順序加載它們。
// 為了讓我們可以在正在運行的進程中更新庫路徑，所以我們向Android的動態鏈
// 接器添加了API。
// 我們將所需的路徑從ClassLoader中拉出，并將其傳遞給nativeLoad，便可以
// 調用私有動態鏈接器API。
// 我們不僅僅是更改框架/基礎來更新LD_LIBRARY_PATH一次，因為多個apk
// 可以在同一進程中運行，第三方代碼可以使用自己的BaseDexClassLoader。
// 我們沒有添加dlopen_with_custom_LD_LIBRARY_PATH調用，因為我們希望
// 使用.so的JNI_OnLoad進行的任何dlopen（3）調用也可以工作。
//因此，找出本機庫搜索路徑對于有問題的ClassLoader
String ldLibraryPath = null;
String dexPath = null;
if (loader == null) {
// We use the given library path for the boot class loader. This is the path
// also used in loadLibraryName if loader is null.
ldLibraryPath = System.getProperty("java.library.path");
} else if (loader instanceof BaseDexClassLoader) {
BaseDexClassLoader dexClassLoader = (BaseDexClassLoader) loader;
ldLibraryPath = dexClassLoader.getLdLibraryPath();
}
// nativeLoad should be synchronized so there's only one LD_LIBRARY_PATH in use regardless
// of how many ClassLoaders are in the system, but dalvik doesn't support synchronized
// internal natives.
// nativeLoad應該同步，所以使用中只有一個LD_LIBRARY_PATH，無論系統中有多少個ClassLoaders，dalvik不支持native的同步。
synchronized (this) {
return nativeLoad(name, loader, ldLibraryPath);
}
}
nativeLoad()這是一個native方法，再進去ART虛擬機java_lang_Runtime.cc，再細講就要深入剖析虛擬機內部，這里就不往下深入了。后續有時間單獨講解下虛擬機。這里直接說結論
- 調用dlopen()函數，打開一個so文件并創建一個handle;
- 調用dlsym()函數，查看相應so文件的JNIOnLoad()函數指針，并執行相應函數。
4、總結
所以說，System.loadLibrary()的作用就是調用相應庫中的JNI_OnLoad()方法。那我們就來看下JNI_OnLoad()過程
(二) JNI_OnLoad流程
1、JNI_OnLoad()
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
JNIEnv* env = NULL;
//frameworks/base/media/jni/android_media_MediaPlayer.cpp 1132行
// 注冊JNI
if (register_android_media_MediaPlayer(env) < 0) {
goto bail;
}
...
}
這里面主要通過調用register_android_media_MediaPlayer()函數來進行注冊的。
2、register_android_media_MediaPlayer()
//frameworks/base/media/jni/android_media_MediaPlayer.cpp 1086行
// This function only registers the native method
// 這個函數僅僅是用來注冊native方法的
static int register_android_media_MediaPlayer(JNIEnv *env)
{
return AndroidRuntime::registerNativeMethods(env,
"android/media/MediaPlayer", gMethods, NELEM(gMethods));
}
我們看到register_android_media_MediaPlayer()函數里面，實際上是調用的AndroidRuntime的registerNativeMethods()函數。
在看AndroidRuntime的registerNativeMethods()函數之前，先說下gMethods
3、gMethods
//frameworks/base/media/jni/android_media_MediaPlayer.cpp 1036行
static JNINativeMethod gMethods[] = {
{
"nativeSetDataSource",
"(Landroid/os/IBinder;Ljava/lang/String;[Ljava/lang/String;"
"[Ljava/lang/String;)V",
(void *)android_media_MediaPlayer_setDataSourceAndHeaders
},
{"_setDataSource", "(Ljava/io/FileDescriptor;JJ)V", (void *)android_media_MediaPlayer_setDataSourceFD},
{"_setDataSource", "(Landroid/media/MediaDataSource;)V",(void *)android_media_MediaPlayer_setDataSourceCallback },
{"_setVideoSurface", "(Landroid/view/Surface;)V", (void *)android_media_MediaPlayer_setVideoSurface},
{"_prepare", "()V", (void *)android_media_MediaPlayer_prepare},
{"prepareAsync", "()V", (void *)android_media_MediaPlayer_prepareAsync},
{"_start", "()V", (void *)android_media_MediaPlayer_start},
{"_stop", "()V", (void *)android_media_MediaPlayer_stop},
{"getVideoWidth", "()I", (void *)android_media_MediaPlayer_getVideoWidth},
{"getVideoHeight", "()I", (void *)android_media_MediaPlayer_getVideoHeight},
{"setPlaybackParams", "(Landroid/media/PlaybackParams;)V", (void *)android_media_MediaPlayer_setPlaybackParams},
{"getPlaybackParams", "()Landroid/media/PlaybackParams;", (void *)android_media_MediaPlayer_getPlaybackParams},
{"setSyncParams", "(Landroid/media/SyncParams;)V", (void *)android_media_MediaPlayer_setSyncParams},
{"getSyncParams", "()Landroid/media/SyncParams;", (void *)android_media_MediaPlayer_getSyncParams},
{"seekTo", "(I)V", (void *)android_media_MediaPlayer_seekTo},
{"_pause", "()V", (void *)android_media_MediaPlayer_pause},
{"isPlaying", "()Z", (void *)android_media_MediaPlayer_isPlaying},
{"getCurrentPosition", "()I", (void *)android_media_MediaPlayer_getCurrentPosition},
{"getDuration", "()I", (void *)android_media_MediaPlayer_getDuration},
{"_release", "()V", (void *)android_media_MediaPlayer_release},
{"_reset", "()V", (void *)android_media_MediaPlayer_reset},
{"_setAudioStreamType", "(I)V", (void *)android_media_MediaPlayer_setAudioStreamType},
{"_getAudioStreamType", "()I", (void *)android_media_MediaPlayer_getAudioStreamType},
{"setParameter", "(ILandroid/os/Parcel;)Z", (void *)android_media_MediaPlayer_setParameter},
{"setLooping", "(Z)V", (void *)android_media_MediaPlayer_setLooping},
{"isLooping", "()Z", (void *)android_media_MediaPlayer_isLooping},
{"_setVolume", "(FF)V", (void *)android_media_MediaPlayer_setVolume},
{"native_invoke", "(Landroid/os/Parcel;Landroid/os/Parcel;)I",(void *)android_media_MediaPlayer_invoke},
{"native_setMetadataFilter", "(Landroid/os/Parcel;)I", (void *)android_media_MediaPlayer_setMetadataFilter},
{"native_getMetadata", "(ZZLandroid/os/Parcel;)Z", (void *)android_media_MediaPlayer_getMetadata},
{"native_init", "()V", (void *)android_media_MediaPlayer_native_init},
{"native_setup", "(Ljava/lang/Object;)V", (void *)android_media_MediaPlayer_native_setup},
{"native_finalize", "()V", (void *)android_media_MediaPlayer_native_finalize},
{"getAudioSessionId", "()I", (void *)android_media_MediaPlayer_get_audio_session_id},
{"setAudioSessionId", "(I)V", (void *)android_media_MediaPlayer_set_audio_session_id},
{"_setAuxEffectSendLevel", "(F)V", (void *)android_media_MediaPlayer_setAuxEffectSendLevel},
{"attachAuxEffect", "(I)V", (void *)android_media_MediaPlayer_attachAuxEffect},
{"native_pullBatteryData", "(Landroid/os/Parcel;)I", (void *)android_media_MediaPlayer_pullBatteryData},
{"native_setRetransmitEndpoint", "(Ljava/lang/String;I)I", (void *)android_media_MediaPlayer_setRetransmitEndpoint},
{"setNextMediaPlayer", "(Landroid/media/MediaPlayer;)V", (void *)android_media_MediaPlayer_setNextMediaPlayer},
};
gMethods，記錄java層和C/C++層方法的一一映射關系。這里涉及到結構體JNINativeMethod，其定義在jni.h文件：
/、libnativehelper/include/nativehelper/jni.h 129行
typedef struct {
const char* name; //Java層native函數名
const char* signature; //Java函數簽名，記錄參數類型和個數，以及返回值類型
void* fnPtr; //Native層對應的函數指針
} JNINativeMethod;
下面讓我們看一下AndroidRuntime的registerNativeMethods()函數
4、AndroidRuntime的registerNativeMethods()函數
//frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp 262行
/*
* Register native methods using JNI.
* 使用JNI注冊native方法
*/
int AndroidRuntime::registerNativeMethods(JNIEnv* env,
const char* className, const JNINativeMethod* gMethods, int numMethods)
{
return jniRegisterNativeMethods(env, className, gMethods, numMethods);
}
jniRegisterNativeMethods該方法是由Android JNI幫助類JNIHelp.cpp來完成。
5、jniRegisterNativeMethods()函數
//libnativehelper/JNIHelp.cpp 73行
extern "C" int jniRegisterNativeMethods(C_JNIEnv* env, const char* className,
const JNINativeMethod* gMethods, int numMethods)
{
JNIEnv* e = reinterpret_cast<JNIEnv*>(env);
ALOGV("Registering %s's %d native methods...", className, numMethods);
scoped_local_ref<jclass> c(env, findClass(env, className));
//找不到native注冊方法
if (c.get() == NULL) {
char* msg;
asprintf(&msg, "Native registration unable to find class '%s'; aborting...", className);
e->FatalError(msg);
}
//調用JNIEnv結構體的成員變量
if ((*env)->RegisterNatives(e, c.get(), gMethods, numMethods) < 0) {
//如果native方法注冊失敗
char* msg;
asprintf(&msg, "RegisterNatives failed for '%s'; aborting...", className);
e->FatalError(msg);
}
return 0;
}
通過上面的代碼我們發現jniRegisterNativeMethods()內部真正的注冊函數是RegisterNatives()函數，那我們繼續跟蹤
6、RegisterNatives()函數
// libnativehelper/include/nativehelper/jni.h 976行
jint RegisterNatives(jclass clazz, const JNINativeMethod* methods,
jint nMethods)
{ return functions->RegisterNatives(this, clazz, methods, nMethods); }
}
其中functions是指向JNINativeInterface結構體指針，也就是將調用下面的方法:
struct JNINativeInterface {
jint (*RegisterNatives)(JNIEnv*, jclass, const JNINativeMethod*,jint);
}
再往下深入就到了虛擬機內部了，就不在深入了。
(三) 總結
總之，這個過程完成了gMethods數組中的方法的映射關系，比如java層的native_init()方法，映射到native層的android_media_MediaPlayer_native_init()方法。
虛擬機相關的變量中有兩個非常重要的變量JavaVM和JNIEnv:
- JavaVM：是指進程虛擬機環境，每個進程有且只有一個JavaVM實例。
- JNIEnv：是指線程上下文環境，每個線程有且只有一個JNIEnv實例。
六、JNI資源
JNINativeMethod結構體中有一個字段為signature(簽名)，在介紹signature格式之前需要掌握各種數據類型在Java層、Native層以及簽名所采用的簽名格式。
(一)、數據類型
1、基本數據類型
| Signature | Java | Native |
|---|---|---|
| B | byte | jbyte |
| C | char | jchar |
| D | double | jdouble |
| F | float | jfloat |
| I | int | jint |
| S | short | jshort |
| J | long | jlong |
| Z | boolean | jboolean |
| V | void | void |
2、數組數據類型
數組簡稱則是在前面添加" **[ ** " ：
| Signature格式 | Java | Native |
|---|---|---|
| [B | byte[] | jbyteArray |
| [C | char[] | jcharArray |
| [D | double[] | jdoubleArray |
| [F | float[] | jfloatArray |
| [I | int[] | jintArray |
| [S | shor[] | jshortArray |
| [ J | long[] | jlongArray |
| [ Z | boolean[] | jbooleanArray |
3、復雜數據類型
對象類型簡稱：L+ ** classname **+;
| Signature格式 | Java | Native |
|---|---|---|
| Ljava/lang/String | String | jstring |
| L+class+ ; | 所有對象 | jobject |
| [ L + classname + ; | Object[] | jobjectArray |
| Ljava.lang.Class | Class | jclass |
| Ljava.lang.Throwable | Throwable | jthrowable |
4、Signature
有了前面的講解，我們通過案例來說說函數簽名:** (入參) 返回值參數 **，這里用到的便是前面介紹的Signature格式
| Java格式 | 對應的簽名 |
|---|---|
| void foo() | ()V |
| float foo(int i) | (I) F |
| long foo(int[] i) | ([ i) J |
| double foo (Class c) | (Ljava/lang/Class;) D |
| boolean foo (int [] i,String s) | ([ILjava/lang/String ;) Z |
| String foo(int i) | (I) Ljava/lang/String ; |
(二)、其他注意事項
1、垃圾回收
對于Java而言，開發者是無需關心垃圾回收的，因為這完全由虛擬機GC來負責垃圾回收，而對于JNI開發人員，由于內存釋放需要謹慎處理，需要的時候申請，使用完后記得釋放內存，以免發生內存泄露。
所以JNI提供了了三種Reference類型:
- Local Reference(本地引用)
- Global Reference(全局引用)
- Weak Global Reference (全局弱引用)
其中Global Reference 如果不主動釋放，則一直不會釋放；對于其他兩個類型的引用都是釋放的可能性，那是不是意味著不需要手動釋放? 答案是否定的，不管這三種類型的那種引用，都盡可能在某個內存不需要時，立即釋放，這對系統更為安全可靠，以減少不可預知的性能與穩定性問題。
另外，ART虛擬機在GC算法有所優化，為了減少內存碎片化問題，在GC之后有可能會移動對象內存的位置，對于Java層程序并沒有影響，但是對于JNI程序要注意了，對于通過指針來直接訪問內存對象時，Dalvik能正確運行的程序，ART下未必能正常運行。
2、異常處理
Java層出現異常，虛擬機會直接拋出異常，這是需要try... catch 或者繼續向外throw。但是對于JNI出現異常時，即執行到JNIEnv 中某個函數異常時，并不會立即拋出異常來中斷程序的執行，還可以繼續執行內存之類的清理工作，知道返回Java層才會拋出相應的異常。
另外，Dalvik虛擬機有些情況下JNI函數出錯可能會返回NULL，但ATR虛擬機在出錯時更多是拋出異常。這樣導致的問題就可能是在Dalvik版本能正常運行的成員，在ART虛擬機上并沒正確處理異常而崩潰。
七、總結
本文主要是通過實例，基于Android 6.0源碼分析 JNI原理，講述JNI核心功能：
- 介紹了JNI的概念及如何查找JNI方法，讓大家明白如何從Java層跳轉到Native層
- 分了JNI函數注冊流程，進異步加深對JNI的理解
- 列舉Java與Native一級函數簽名方式。
