NDK开发总结

Android Android Reverse

发布时间 : 2022-11-15 10:44

阅读 :

1 背景
2 JNI简介
3 静态注册和动态注册
4 参考文献

1 背景

经过NDK开发的入门学习后，顿感自己啥也不是😅😅😅，还是好好学习吧

2 JNI简介

JNI(Java Native Interface)是指Java原生接口，它定义了Android从受管理代码（使用Java或Kotlin编程语言编写）编译的字节码与原生代码（使用C/C++编写）互动的方式。同时，这个特性使我们可以复用以前用C/C++写的大量代码。JNI不依赖于供应商，支持从动态共享库加载代码，虽然有时较为繁琐，但效率尚可。

JNI开发流程主要分为以下6步：

编写声明了native方法的Java类
将Java源代码编译成class字节码文件
用javah -jni命令生成.h头文件（javah是jdk自带的一个命令，-jni参数表示将class中用native声明的函数生成jni规则的函数）
用本地代码实现.h头文件中的函数
将本地代码编译成动态库（Windows：*.dll，linux/Unix：*.so，Mac OS X：*.jnilib）
拷贝动态库至java.library.path本地库搜索目录下，并运行Java程序

图1 JNI开发流程

3 静态注册和动态注册

为什么需要注册？其实就是给Java的native函数找到底层C/C++实现的函数指针。

3.1 静态注册

通过包名、类名一致来确认，Java有一个命令javah，专门生成某一个JAVA文件所有的native函数的头文件(h文件)，静态方法注册JNI有哪些缺点？

必须遵循某些规则；
名字过长；
多个class文件需Javah多遍；
运行时去找效率不高

/**************静态方法**********************/
extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_example_calc_MainActivity_stringFromJNI(
        JNIEnv* env,
        jobject /* this */) {
    std::string hello = "Hello from C++";
    return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}
/*************************************************************/
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_jni_1demo_MainActivity_javaToC(JNIEnv *env, jobject obj)
{
    // 获取 类
    jclass fdClass = env->FindClass("com/example/jni_demo/MainActivity");
    // 获取 普通方法id
    jmethodID _jmethodID = env->GetMethodID(fdClass, "_method", "()V");
    // 获取 静态方法id
    jmethodID _staticjmethodID = env->GetStaticMethodID(fdClass, "_staticMethod", "()V");
    // 调用 java中 的 普通方法
    env->CallVoidMethod(obj, _jmethodID);
    // 调用 java中 的 静态方法
    env->CallStaticVoidMethod(fdClass, _staticjmethodID);
}

【注】在so文件中，静态注册方法的参数个数=Java层方法参数个数+其余参数个数（JNIEnv，jobject）

3.2 动态注册

在JNI层实现的，JAVA层不需要关心，因为在system.load函数执行时就会去调用JNI_OnLoad，有就注册，没就不注册。流程清晰可控，效率更高，安全。

/************************* 动态注册 native 方法 ********************************/ 
JNINativeMethod nativeMethod[] = {  // 方法数组映射
        // 定义数组，用于绑定 java方法 和 C方法的 关系
        {"addMethod", "(FF)F", (void*)my_add},          // java中方法名，方法签名，C++中方法名
        {"subMethod", "(FF)F", (void*)my_sub},
        {"mulMethod", "(FF)F", (void*)my_mul},
        {"divMethod", "(FF)F", (void*)my_div}
};
 
/************************* 实现 JNI_OnLoad 动态注册方法 *******************************/
JNIEXPORT jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
    JNIEnv* env;
    if(vm->GetEnv((void**)&env, JNI_VERSION_1_6) != JNI_OK)
    {
        return JNI_ERR;
    }
    // 获取 java native 方法对应的 类
    jclass fdClass = env->FindClass("com/example/calc/MainActivity");
    // 注册 java 层 native 方法
    jint retVal = env->RegisterNatives(fdClass, nativeMethod, sizeof(nativeMethod)/sizeof(nativeMethod[0]));
    if(retVal != JNI_OK)
    {
        // 注册失败返回 -1
        return JNI_ERR;
    }
    return JNI_VERSION_1_6; //必须返回一个版本号
}

【注】在so文件中，动态注册通常先搜索JNI_OnLoad，然后找RegisterNatives的第三个参数，接着找方法数组映射关系

3.3 区别

静态注册：

绑定java方法和C/C++方法的方式之一；
java层操作和c层操作以及整体编译：
1. 定义被native修饰的方法
2. 根据java代码生成.h头文件（javah -jni 类的包名路径）
3. 编写C/C++代码，导入.h头文件，实现我们.h头文件中方法
4. 编写（配置）两个mk文件：application.mk/android.mk
5. 通过ndk-build生成so文件
6. java代码中加载so文件（system.loadlibrary）
7. 补充：获取so库的名称
  1-libs文件下去头去尾（头：lib；尾：.so）;
  2-在android.mk直接复制模块名称；

动态注册

作用：绑定java方法和C/C++方法的方式之一
流程：
1. java中定义native的方法
2. 创建C++代码代码，导入头文件，编写（配置）两个mk文件：application.mk/android.mk
3. JNInativeMethod：绑定java方法和C/C++的方法
4. registerNatives（4个参数）：注册java层相应的类以及方法
5. 使用jni.h中JNI_onload进行判断：注册是否成功（JIN_onload：系统调用，相当于java中的psvm：public static void main）
6. ndk-build生成so
7. java代码中加载so文件(system.loadlibrary)

静态注册是用到时加载，动态注册一开始就加载好了，这个可以从DVM的源代码看出来。

图2 JavaVM和JNIEnv的体系结构

虚拟机相关的变量中有两个非常重要的量JavaVM和JNIEnv，两者本质上都是指向函数表的二级指针:

JavaVM：是指进程虚拟机环境，每个进程有且只有一个JavaVM实例
JNIEnv：是指线程上下文环境，每个线程有且只有一个JNIEnv实例

4 参考文献

[1]丰生强. Android软件安全权威指南[M]. 电子工业出版社, 2019.
[2]https://developer.android.google.cn/training/articles/perf-jni#java
[3]https://blog.csdn.net/xyang81/article/details/41777471
[4]https://cloud.tencent.com/developer/article/1356493

转载请注明来源，欢迎对文章中的引用来源进行考证，欢迎指出任何有错误或不够清晰的表达，可以邮件至 xingshuaikun@163.com。