Android 6.0 系统学习之 JNI

JNI 全称 Java Native Interface,Java 本地调用,实现两种功能:

  1. Java 程序调用 Native(C/C++) 语言写的函数。
  2. Native(C/C++) 程序调用 Java 层函数。

JNI 是 Java 提供的机制。

Java 想要调用 C/C++ 库代码,在中间需要一个 JNI 库,结构像下面这样:

    Java 代码
         ↓
    JNI 库 (lib***_jni.so)
         ↓
    Native (lib***.so)

Java 中加载 JNI 库

在 Android 中,需要调用 JNI 的类都要首先对 JNI 库进行加载:

System.loadLibrary("***_jni");

通过这个就可以知道某个累是否使用了 JNI 方法。

我在 Android 6.0 的代码里搜索了一下,有数百处使用到的地方。例如 Android 系统中重要的 SystemServer 类,在其创建的时候就有一句:

// Initialize native services.
System.loadLibrary("android_servers");

看来 SystemServer 用到了 Native 库,其 JNI 库的名字叫 libandroid_servers.so。

System.loadLibrary 需要在进行 JNI 调用之前调用,先将 JNI 库加载进来。

JNI 中的 Native 方法,要在 Java 中使用,需要在 Java 中创建带有 native 关键字的同名函数。

接着在 SystemServer 的代码中搜索 native,只找到一处:

private static native void startSensorService();

因是 SystemServer 是用来启动 Android 中关键服务的,它自己加载 libandroid_servers.so 后,其他服务就可以直接声明 JNI 方法使用,而不用重复加载了。

例如,在 LightsService 中,有:

private static native long init_native();
private static native void finalize_native(long ptr);
static native void setLight_native(long ptr, int light, int color, int mode,
        int onMS, int offMS, int brightnessMode);
...

在 PowerManagerService 中,有:

private native void nativeInit();
private static native void nativeAcquireSuspendBlocker(String name);
private static native void nativeReleaseSuspendBlocker(String name);
private static native void nativeSetInteractive(boolean enable);
private static native void nativeSetAutoSuspend(boolean enable);
private static native void nativeSendPowerHint(int hintId, int data);
private static native void nativeSetFeature(int featureId, int data);
...

他们都没有再 System.loadLibrary。

JNI 库的实现

这么多关键服务都需要 libandroid_servers.so 中的 JNI 方法,这个库也是够神通广大的。实现它的代码在哪里?怎样才能找到呢?

JNI 库中的函数的命名方式与 Java 中的方法有着严格的对应规则。

例如,SystemServer 的类名的全称是 com.android.server.SystemServer,前文说过它自己有唯一一个 JNI 调用 startSensorService,那么 Android 的代码中必然有一个函数为 android_server_SystemServer_startSensorService

它位于 frameworks/base/services/core/jni/com_android_server_SystemServer.cpp,方法实现为:

static void android_server_SystemServer_startSensorService(JNIEnv* /* env */, jobject /* clazz */) {
    char propBuf[PROPERTY_VALUE_MAXIEEWONG@GMAIL.COM];
    property_get("system_init.startsensorservice", propBuf, "1");
    if (strcmp(propBuf, "1") == 0) {
        // Start the sensor service
        SensorService::instantiate();
    }

我们再来看 LightsService,它的类全称为 com.android.server.lights.LightsService,它用到了一个 JNI 调用为 setLight_native,那么必然也有一个函数名为 android_server_lights_LightsService_setLight_native,不过并没有找到 😓。但是我找到了 setLight_native,即同名的 Native 实现,这就是对应的 JNI 实现,它位于 frameworks/base/services/core/jni/com_android_server_lights_LightsService.cpp 下。同名是如何做到的呢?看看代码就明白了:

static void setLight_native(JNIEnv* /* env */, jobject /* clazz */, jlong ptr,
        jint light, jint colorARGB, jint flashMode, jint onMS, jint offMS, jint brightnessMode)
{
    ...
}

static JNINativeMethod method_table[] = {
    { "init_native", "()J", (void*)init_native },
    { "finalize_native", "(J)V", (void*)finalize_native },
    { "setLight_native", "(JIIIIII)V", (void*)setLight_native },
};

int register_android_server_LightsService(JNIEnv *env)
{
    return jniRegisterNativeMethods(env, "com/android/server/lights/LightsService",
            method_table, NELEM(method_table));
}

它通过一个 table 把前面那一大堆前缀("com/android/server/lights/LightsService")给提前注册了,这样 Java 调用时,JNI 层就知道有同名函数了。

这里的分析还是比较粗浅的,对 JNI 的详细规则也没有深入学习,因为我暂时还没有这方面的需求,对于看到、认识、明白怎么回事,目前来说就已经足够了。

libandroid_servers.so 是如何生成的?

通过前面两次 JNI 实现的寻找,我们发现它们位于 frameworks/base/services/core/jni/ 下的不同文件中。他们是怎么组织最终构建出 libandroid_servers.so 的?这是我想到的最后一个问题。

首先,libandroid_servers 这个名字肯定是我们在 Makefile 里面起的,在 Android 下就是 Android.mk。在代码中搜索 libandroid_servers,找到 frameworks/base/services/Android.mk

# native library
# =============================================================

include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_SRC_FILES :=
LOCAL_SHARED_LIBRARIES :=

# include all the jni subdirs to collect their sources
include $(wildcard $(LOCAL_PATH)/*/jni/Android.mk)

LOCAL_CFLAGS += -DEGL_EGLEXT_PROTOTYPES -DGL_GLEXT_PROTOTYPES

LOCAL_MODULE:= libandroid_servers

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

其中:

# include all the jni subdirs to collect their sources
include $(wildcard $(LOCAL_PATH)/*/jni/Android.mk)

把所有子目录下的 jni 都收集起来,编译为 LOCAL_MODULE libandroid_servers。并且是以动态库的形式,因为 JNI 库必需动态库。

至此对于 JNI 的入门学习就算完成了。在接下来学习 Android 代码时,遇到带 native 的、遇到一大堆下划线的方法,来者不拒了 😁。