前言

对于任何一个初学者，学习JNI都是从Java和C/C++之间如何传递数据，以及数据类型之间是如何相互映射开始。

Native方法和C函数原型

看点代码

package com.net168.xxx
class Simple {
    private native String testA(String str);
    private native static void testA(int num);
}

//C端源码
JNIEXPORT jstring JNICALL
    Java_Com_net168_xxx_Simple_testA(JNIEnv *env, jobject thiz, jstring str);
JNIEXPORT void JNICALL
    Java_Com_net168_xxx_Simple_testB(JNIEnv *env, jclass clz, jint num);

知识点

• C函数方法格式：JNIEXPORT 返回类型 JNICALL Java_包名_方法名(JNIEnv *env, jobect/jclass thiz, 入参列表)
• 本地方法存在重载情况时，会有双下划线"__"，后面跟着参数描述符，也就是长函数名；VM连接优先链接短函数名，然后链接长函数名，如果存在两个重载的本地方法，则只会链接长函数名。
• 链接函数还可以通过JNI的RegisterNatives来注册与一个类关联的本地方法。
• JNIEXPORT和JNICALL是定义在jni.h里面的两个宏，用来确保函数在本地库外可见，C编译时会进行正确转换。
• JNIEnv是一个接口指针，指向若干个函数表，提供了JNI函数帮助C函数访问JVM里面的数据结构。
• 本地方法是静态方法时，C函数的第二个变量是jclass，代表本地方法所在的类；如果是一个实例方法时，其变量的类型是jobject，代表本地方法所在的对象实例。

类型映射

本地方法声明中的参数类型在C语言中都有对应的类型，具体对应表格如下：

java类型	本地类型	描述
boolean	jboolean	C/C++8位整型
byte	jbyte	C/C++带符号的8位整型
char	jchar	C/C++无符号的16位整型
short	jshort	C/C++带符号的16位整型
int	jint	C/C++带符号的32位整型
long	jlong	C/C++带符号的64位整型e
float	jfloat	C/C++32位浮点型
double	jdouble	C/C++64位浮点型
Object	jobject	任何Java对象，或者没有对应java类型的对象
Class	jclass	Class对象
String	jstring	字符串对象
Object[]	jobjectArray	任何对象的数组
boolean[]	jbooleanArray	布尔型数组
byte[]	jbyteArray	比特型数组
char[]	jcharArray	字符型数组
short[]	jshortArray	短整型数组
int[]	jintArray	整型数组
long[]	jlongArray	长整型数组
float[]	jfloatArray	浮点型数组
double[]	jdoubleArray	双浮点型数组

知识点

• Java里面有两种类型：基本类型和引用类型，JNI对这两个类型的处理方式是不同的。
• JNI把Java中的对象当做一个C指针传递到本地方法中，这个指针指向JVM的内部数据结构，也就是其在内存中的储存方式是不可见的，必须通过JNI函数来操作JVM中的对象。

字符串处理

jstring转c语言字符串

JNIEXPORT jstring JNICALL
    Java_Com_net168_xxx_Simple_testA(JNIEnv *env, jobject thiz, jstring jstr)
{
    jboolean isCopy;
    //获取utf-8格式的c字符串
    const char *str1 = env->GetStringUTFChars(jstr, &isCopy);
    //do something
    env->ReleaseStringUTFChars(jstr, str1);

    //获取Unicode格式的c字符串
    const jchar *str2 = env->GetStringChars(jstr, &isCopy);
    //do something
    env->ReleaseStringChars(jstr, str2);
}

知识点

• GetStringUTFChars()可以将jstring转换成UTF-8编码格式的c字符串，GetStringChars()可以将jstring转换成Unicode编码格式的c字符串。
• 获取c字符串需要判断if(str == NULL)，原因可能是JVM需要为这个字符串分配内存，会由于内存不足导致失败，抛出OutOfMemoryError异常。
• 对于第二个参数isCopy，如果c字符串是指向JVM中jstring的同一份数据时为JNI_FALSE；如果c字符串是jstring的一份内存拷贝则为JNI_TRUE。若为JNI_FALSE我们不可能修改该c字符串，会破坏Java语言String不可变的原则。一般我们不需要关心是否复制的，那么可以传入NULL。
• 一旦Java对象指针被传递给c代码，那么GC就不会回收这个对象；所以我们需要调用ReleaseStringUTFChars()/ReleaseStringChars()这两个方法来释放资源：如果是获取了jstring的直接引用，则解除JVM的持有让GC可以回收；如果是内存拷贝则回收释放相应内存。
• utf-8字符串以\0结尾，而Unicode不是；所以当ReleaseStringUTFChars()获取一个编码格式为Unicode的jstring时，返回的c字符串并不一定以\0结尾。建议直接以GetStringLength()和GetStringUTFLength()来获取字符串长度；对于strlen()需要谨慎确保jstring指向的是一个utf-8的字符串。

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构造新字符串

const char *str = "hello";
//将str转为utf-8编码的jstring字符串
jstring jstr = env->NewStringUTF(str);
const jchar *str1 = env->GetStringChars(jstr, NULL);
//将str1转为unicode编码的jstring字符串
jstring jstr1 = env->NewString(str1, env->GetStringLength(jstr));

知识点

• 获取c字符串需要判断if(jstr == NULL)，如果JVM内存不足则会抛出OutOfMemoryError异常，并返回NULL。
• NewStringUTF()不需要传入字符串长度，因为utf-8默认以/0结尾；而NewString()则需要在第二个参数传入该字符串的长度。

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其他字符串函数

//临界区字符串函数
const jchar *str = env->GetStringCritical(jstr, NULL);
//do something
env->ReleaseStringCritical(jstr, str);

//预先分配缓存字符串函数
jchar *str1 = static_cast<jchar *>(malloc(5 * sizeof(jchar)));
env->GetStringRegion(jstr, 0, 5, str1);
//do something
//自己释放str1 malloc的内存
free(str1);

知识点

• Get/ReleaseStringCritical可以提高JVM返回直接指针的可能性，其会禁止GC的运行，但是其必须运行在"临界区"中，也就是在这两函数中间不能调用任何线程阻塞、或者本地JNI函数，否则容易引起死锁。
• Get/ReleaseStringRegion和Get/ReleaseStringUTFRegion对于小字符串来说是最佳选择，因为缓冲区可以提前分配；并且可以按需复制小段内容，因为它提供了一个开始索引和子字符串长度。

数组

基本类型数据数组

JNIEXPORT void JNICALL
    Java_Com_net168_xxx_Simple_testC(JNIEnv *env, jobject thiz, jintArray jarray)
{
    //获取整个数组内容
    jint *array1 = env->GetIntArrayElements(jarray, NULL);
    //do something
    env->ReleaseIntArrayElements(jarray, array1, 0);

    //获取数组长度
    jsize len = env->GetArrayLength(jarray);

    //预分配获取数组内容
    jint buf[10];
    env->GetIntArrayRegion(jarray, 0, 10, buf);
    //栈区域不用手动释放内存

    //在开始索引3的位置，开始更新5个数据
    env->SetIntArrayRegion(jarray, 3, 5, buf);

    //临界区获取数组内容
    jint *array2 = static_cast<jint *>(env->GetPrimitiveArrayCritical(jarray, NULL));
    //do something
    env->ReleasePrimitiveArrayCritical(jarray, array2, 0);
}

知识点

• Get/Release<Type>ArrayElements函数可以获取到一个指向基本类型<Type>的指针，其可能指向jarray的同一份数据，而已进行内存的拷贝后返回；如果字符串处理一样，我们最后需要Release来释放资源。
• GetArrayLength返回数组中的个数，这个在数组首次分配时确定下来。
• Set/Get<Type>ArrayRegion可以在预先分配的c缓存区和jvm交换数据，函数还可以指定一个索引和长度对子数组进行操作。
• Get/ReleasePrimitiveArrayCritical能提高返回直接指针的可能性，但是需要注意不能再临界区让线程阻塞或者使用其他jni函数，可能会导致死锁的发生。

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对象数组

JNIEXPORT void JNICALL
    Java_Com_net168_xxx_Simple_testD(JNIEnv *env, jobject thiz, jobjectArray jarray)
{
    //获取jobjectArray的第一个jobject
    jobject obj1 = env->GetObjectArrayElement(jarray, 0);

    //将obj1设置到数组的第二个索引的位置
    env->SetObjectArrayElement(jarray, 1, obj1);
}

知识点

• 对象数组不能一次性获取整个数组，需要用GetObjectArrayElement获取指定索引位置的jobect对象，还有用SetObjectArrayElement修改数组指定位置的元素。

结语

后续会陆续发布多篇JNI更加深入的文章。

本文同步发布于简书、CSDN。

End!