android JNI学习：从入门到实践

深入剖析 Android JNI：性能提升、底层访问和功能扩展

在 Android 开发的世界中，JNI（Java Native Interface） 占据着举足轻重的地位，因为它为 Java 和原生代码（通常是 C/C++）之间的交互架起了桥梁。通过利用 JNI，开发人员可以挖掘原生代码的强大潜力，解锁卓越的性能、底层硬件访问和超越 Java 限制的功能扩展。

JNI 的优势

拥抱 JNI 的优势，为你的 Android 应用带来以下提升：

• 性能提升： 原生代码以其闪电般的执行速度而闻名，超越了 Java 代码。因此，在需要极致性能时，JNI 成为提升应用响应速度的不二之选。
• 底层硬件访问： 原生代码可以与摄像头、麦克风和传感器等底层硬件直接通信，而 Java 代码无法直接触及这些组件。
• 功能扩展： JNI 扩展了 Android 应用的功能范围，解锁了 Java 无法实现的领域，如图像处理、视频编解码和加密。

JNI 的基本原理

JNI 的核心是 JNIEnv 结构体，它充当 Java 和原生代码之间的接口。JNIEnv 囊括了众多函数，赋能开发者调用 Java 方法、获取 Java 对象和创建 Java 数组等操作。

JNI 的使用方法

踏入 JNI 的使用旅程，首先在 Android Studio 中新建一个 Android 项目，并在 build.gradle 文件中添加以下代码：

android {
    externalNativeBuild {
        cmake {
            path "CMakeLists.txt"
        }
    }
}

这将指示 Android Studio 使用 CMake 编译原生代码。

接下来，创建一个 CMakeLists.txt 文件，内容如下：

cmake_minimum_required(VERSION 3.10.2)

add_library(native-lib SHARED
        src/main/cpp/native-lib.cpp)

find_library(log-lib log)
target_link_libraries(native-lib ${log-lib})

至此，你已告知 CMake 如何编译原生代码库。

最后，创建一个 src/main/cpp/native-lib.cpp 文件，包含以下内容：

#include <jni.h>

JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_example_myapplication_MainActivity_stringFromJNI(
        JNIEnv* env,
        jobject /* this */) {
    std::string hello = "Hello from JNI!";
    return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}

成功创建了一个名为 stringFromJNI 的原生函数，可供 Java 代码调用。

JNI 的常见问题

在 JNI 的使用实践中，难免会遇到一些常见问题：

• 内存泄漏： JNI 中的内存管理至关重要，疏忽大意可能导致内存泄漏。
• 线程安全： JNI 函数本质上并非线程安全，因此在多线程环境下使用时需谨慎考虑线程安全问题。
• 异常处理： JNI 函数不会自动处理 Java 异常，务必在 JNI 函数中手动处理 Java 异常。

JNI 的最佳实践

为了避免 JNI 使用中的常见问题，建议遵循以下最佳实践：

• 使用 JNIEnv 结构体： 始终使用 JNIEnv 结构体调用 Java 方法和获取 Java 对象。
• 使用本地变量： 在 JNI 函数中使用本地变量，以避免内存泄漏。
• 使用线程锁： 在 JNI 函数中使用线程锁，以确保线程安全。
• 手动处理 Java 异常： 在 JNI 函数中手动处理 Java 异常。

结语

JNI 是 Android 开发者手中的利器，它赋予应用卓越性能、底层硬件访问和扩展功能，超越 Java 固有局限。但切记，在 JNI 的使用过程中，遵循最佳实践至关重要，以规避常见问题，确保代码的稳定运行。

5 个常见的 JNI 问题解答

1. 如何处理内存泄漏？
   • 使用本地变量，避免全局变量或静态变量。
   • 谨慎释放不再使用的 JNI 对象。
2. 如何确保线程安全？
   • 使用线程锁（例如互斥锁）来保护共享数据。
   • 避免在 JNI 函数中进行耗时操作。
3. 如何处理 Java 异常？
   • 使用 JNIEnv->ExceptionCheck() 检查是否存在 Java 异常。
   • 使用 JNIEnv->ExceptionClear() 清除 Java 异常。
4. 如何提高性能？
   • 避免在 JNI 函数中进行频繁的 Java 调用。
   • 使用缓存来减少 Java 对象的创建和销毁。
5. 如何调试 JNI 问题？
   • 使用 Android Studio 的 Logcat 功能打印调试信息。
   • 使用 GDB 调试器调试原生代码。