Android JNI 开发完全教程

目录

1. JNI 基础概念
2. external 关键字详解
3. JNI 命名规范
4. so 库加载机制
5. JVM 方法查找与缓存
6. JNI 类型程序
7. 内存管理
8. 实战案例
9. 常用方法
10. 常见问题

. JNI 基础概念

什么是 JNI？

JNI 是 Java 网站的标准编程接口，允许 Java 代码与使用其他编程语言编写的应用程序和库进行交互。

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Java/Kotlin 层 │
│ ├─ Activity/Fragment │
│ ├─ 业务逻辑 │
│ └─ external fun nativeMethod ← 调用 Native 方法 │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
↓ JNI
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ JNI 接口层 │
│ ├─ JNIEnv │
│ ├─ 类型转换 │
│ └─ 方法调用 │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
↓
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Native 层 │
│ ├─ 高性能计算 │
│ ├─ FFmpeg/OpenCV 等库 │
│ └─ 硬件加速 │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

为什么使用 JNI？

使用场景	说明	示例
性能调整	C/C++ 执行效率高，适合计算密集型任务	图像处理、音视频编解码
复用现有库	使用成熟的 C/C++ 库	FFmpeg、OpenCV、OpenGL
硬件访问	某些硬件只提供 C 层接口	相机、传感器、NFC
代码保护	Native 代码反编译难度高	主要算法、加密逻辑

JNI 的组成部分

. Kotlin/Java 代码 - 声明 native 方法 - 加载 Native 库 . JNI 接口层 - JNIEnv * env ： JNI 环境指针 - 类型转换函数 - 调用 Java 方法 . Native 代码 - 实现 native 方法 - 调用程序库 - 性能敏感操作

. external 关键字详解

external 的含义

// Kotlin 层声明 private external fun compressImage : Boolean // ^^^^^^^^ // 声明此方法的实现由 Native 代码提供

关键点：

• ❌ 不是直接调用 C 方法
• ✅ 是声明："方法实现位于 Native 库中，JVM 会去找"
• ✅ 类似于接口声明。 通过 JNI 命名规范关联到 C++ 实现

external 的工作流程

 ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 步 ： Kotlin 代码 │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│ external fun compressImage: Boolean │
│ // 只声明，不实现 │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
↓
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 步 ：加载 Native 库 │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│ System.loadLibrary │
│ // 加载 libffmpegandoridlibrary.so │
│ // dlopen 程序调用打开 .so 文件 │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
↓
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 步 ：运行时方法查找 │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│ JVM 通过 JNI 命 名规范查找： │
│ Java_com_package_Class_method_name │
│
│ 在 .so 符号表中查找对应函数 │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
↓
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│  步骤 3: C++ 实现                                       │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│ extern "C"                                              │
│ JNIEXPORT jboolean JNICALL                              │
│ Java_com_package_Class_method_name { │
│     // 具体实现代码                                      │
│ }                                                        │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

为什么用 external？

 // 对比：普通方法 vs external 方法
// 普通方法 - 实现在 Kotlin 中
fun add : Int { return a + b // 代码在这里 }
// external 方法 - 实现在 Native 中
external fun compressImage : Boolean
// 代码在 C++ 中，通过 JNI 调用

. JNI 命 名规范

命 名规则

JNI 函数名必须严格按照以下格式：

 Java_<包名路径>_<类名>_<方法名>
示例这方面，Kotlin: com.aykon.demo.ffmpegandoridlibrary.ImageCompress.compressImageFromPath
│ │ │
└─────────┬────────┘ │ │
│ └─────────────────────┴─── 方法名
└────────────────────────────────────── 类名
JNI 函数名:
Java_com_aykon_demo_ffmpegandoridlibrary_image_ImageCompress_compressImageFromPath
│ │ │ └───────┬──────────┘ └───┬────┘ └───┬────
| | | | | └── 方法名
| | └── ────────┴ ────────┴ ──────── 方法名
| └ ──────── 类名
└ ──────── 包名

命 名转换规则

 // Kotlin 代码
package com.example.myapp
class ImageProcessor { external fun processImage : Boolean }
// 对应的 C++ 函数名
extern "C"
JNIEXPORT jboolean JNICALL
Java_com_example_myapp_ImageProcessor_processImage (
JNIEnv * env,jobject thiz,jstring path ) { // 实现 }

包 名转换规则

 com.aykon.demo.ffmpegandoridlibrary
↓
com_aykon_demo_ffmpegandoridlibrary
↓ 全 部用下划线替换点号
com_aykon_demo_ffmpegandoridlibrary

方 法重载的处理

 // Kotlin 中允许重载
external fun process
external fun process
// JNI 会添加签名后缀
Java_..._process__3_3B // ByteArray
Java_..._process__Ljava_lang_String_2 // String
// 建 ：避免重载，使用不同方法名
external fun processBytes
external fun processString

extern "C" 的作用

 // 不使用 extern "C"
JNIEXPORT jboolean JNICALL myFunction // ❌ C++ 会修饰名称
// 符号表: _Z12myFunctionP7JNIEnv_P8_jstring
// 使用 extern "C"
extern "C" {
JNIEXPORT jboolean JNICALL myFunction // ✅ 保 持原 名
// 符号表: myFunction }

必须使用 extern "C" 的原因：

1. C++ 支持函数重载，会修饰函数名

JVM 需要精确匹配函数名

C语言不修饰名称，保证符号一致

. so 库加载机制

加载过程

class="hljs language-bash" lang="bash">┌─────────────────────────────────────────────────────────┐ | . System.loadLibrary 调用 | ├─┬ ------------------------------------------------------- ┤ | System.loadLibrary | | | 从|内部执行来看。Runtime.getRuntime.loadLibrary | └─┬ ------------------------------------------------------- ┤

| ↓

| ┌── ------------------------------------------------------- ┐

| | .构造库文件名 |

| 至于|输入，"ffmpegandoridlibrary" |

| |添加前缀这方面，lib + name + .so |

| |按优先级搜索以下方法： |

|. System.getProperty |

|. APK 中的 lib 目录 |

| ├──lib/ arm64-v8a/libxxx.so |

|. 程序库方法 /system/lib64 |

|. 应用私有方法 /data/app/.../lib |

↓

|使用程序调用 dlopen 打开 .so 文件 |

|

| dlopen |

|- 读取 .so 文件头 |

|- 加载代码段到内存 |

|JVM扫描 .so 符号表，查找JNI函数 |

模式这方面，自动命名规范查找 | Java...methodname | | 再看模式，JNIOnLoad手动注册 | J N I E X P O R T jint J N I C A L L JN I_O n L oad { // 注册函数 | } | └── ------------------------------------------------------ - ↓

多库加载示例

// 加载多个Native库class NativeLib { companion object { init { // 按依赖顺序加载 System.loadLibrary // FFmpeg工具库 System.loadLibrary // FFmpeg编解码库 System.loadLibrary // FFmpeg格式库 System.loadLibrary // FFmpeg缩放库 System.loadLibrary // 主库 } } }

CMake配置

库的依赖关系

至于主库，libffmpegandoridlibrary.so ├─ libavutil.so ├─ libavcodec.so ├─ libavformat.so ├─ libswscale.so     

└─ libswresample.so  

所有库都会打包到APK中： APK/ └─ lib/ ├─ arm64-v8a/ |   ├──libffmpegandoridlibrary.so |   ├──libavutil.so └── armeabi-v7a/ └──...

. JVM方法查找与缓存

全局缓存架构

class="ini" lang="ini"> ┌──── ───── ───── ───── ───── ───── ───── ───── ───┐

JVM Native方法管理 ｜

├── ───── ───── ───── ───── ───── ───── ───┤

｜ ｜

｜ 已加载的 .so 库列表 ｜

｜ libffmpegandoridlibrary.so ← 主库 ｜

｜ libavutil.so ｜

｜ 方法缓存表 ｜

｜ Key: ｜

｜ methodName ｜

方法查找流程

第一次调用external方法： 再看调用，stringFromJNI 再看步骤1，检查缓存Key:"NativeLib.stringFromJNIVoid" 再看结果1，未找到步骤2： 构造JNIFunctionName: Java_com_package_NativeLib_stringFromJNIVoid 从步骤3来看，遍历已LoadedLibraries: libmain.soxxxxxxxxxxxxxxxx!Java_com_package_NativeLib_stringFromJNIVoid 至于步骤5，存入Cache=

第二次调用同一方法： 检查Cache直接返回CachedFunctionPointerxxxxxxxxxxxxxx!

多个动态链接库的查找顺序

如果有多个动态链接库都实现了同名的external method System.loadLibrary System.loadLibrary System.loadLibrary A:的观点是，method B:的观点是，method 至于C:。method

. JNIt类型程序

基本类型映射

。

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