來源: 上課講義摘錄之23:JNI與Android VM之關係--Android大舞台 文章講義分享 --Google Android 論壇

 

1.  從如何載入*.so檔案談起

    由於Android的應用層級類別都是以Java撰寫的,這些Java類別轉譯為Dex型式的Bytecode之後,必須仰賴Dalvik虛擬機器(VM: Virtual Machine)來執行之。VMAndroid平台裡,扮演很重要的角色。

    此外,在執行Java類別的過程中,如果Java類別需要與C組件溝通時,VM就會去載入C組件,然後讓Java的函數順利地呼叫到C組件的函數。此時,VM扮演著橋樑的角色,讓JavaC組件能透過標準的JNI介面而相互溝通。

    應用層級的Java類別是在虛擬機器(VM: Vitual Machine)上執行的,而C組件不是在VM上執行,那麼Java程式又如何要求VM去載入(Load)所指定的C組件呢? 可使用下述指令:

     System.loadLibrary(*.so的檔名);

 

例如,在上一節的範例裡的NativeJniAdder類別,其程式碼:

 

 

 看看 Android框架裡所提供的MediaPlayer.java類別,內含指令:

     public class MediaPlayer{    

    static {

        System.loadLibrary("media_jni");

    }

 ……..

}

      

這要求VM去載入Android/system/lib/libmedia_jni.so檔案。載入*.so檔之後,Java類別與*.so檔就匯合起來,一起執行了。

 

 

2.  如何撰寫*.so的入口函數

    ---- JNI_OnLoad()JNI_OnUnload()函數之用途

 

    VM執行到System.loadLibrary()函數時,首先會去執行C組件裡的JNI_OnLoad()函數。它的用途有二:

1.       告訴VMC組件使用那一個JNI版本。如果你的*.so檔沒有提供JNI_OnLoad()函數,VM會默認該*.so檔是使用最老的JNI 1.1版本。由於新版的JNI做了許多擴充,如果需要使用JNI的新版功能,例如JNI 1.4 java.nio.ByteBuffer, 就必須藉由JNI_OnLoad()函數來告知VM

2.       由於VM執行到System.loadLibrary()函數時,就會立即先呼叫JNI_OnLoad(),所以C組件的開發者可以藉由JNI_OnLoad()來進行C組件內的初期值之設定(Initialization)

例如,在Android/system/lib/libmedia_jni.so檔案裡,就提供了JNI_OnLoad()函數,其程式碼片段為:

//#define LOG_NDEBUG 0

#define LOG_TAG "MediaPlayer-JNI"

………

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)

{

    JNIEnv* env = NULL;

    jint result = -1;

 

    if (vm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {

        LOGE("ERROR: GetEnv failed\n");

        goto bail;

    }

    assert(env != NULL);

    if (register_android_media_MediaPlayer(env) < 0) {

        LOGE("ERROR: MediaPlayer native registration failed\n");

        goto bail;

    }

    if (register_android_media_MediaRecorder(env) < 0) {

        LOGE("ERROR: MediaRecorder native registration failed\n");

        goto bail;

    }

    if (register_android_media_MediaScanner(env) < 0) {

        LOGE("ERROR: MediaScanner native registration failed\n");

        goto bail;

    }

    if (register_android_media_MediaMetadataRetriever(env) < 0) {

        LOGE("ERROR: MediaMetadataRetriever native registration failed\n");

        goto bail;

    }

    /* success -- return valid version number */

    result = JNI_VERSION_1_4;

bail:

    return result;

}

// KTHXBYE

 

    此函數回傳JNI_VERSION_1_4值給VM,於是VM知道了其所使用的JNI版本了。此外,它也做了一些初期的動作(可呼叫任何本地函數),例如指令:

   if (register_android_media_MediaPlayer(env) < 0) {

        LOGE("ERROR: MediaPlayer native registration failed\n");

        goto bail;

    }

就將此組件提供的各個本地函數(Native Function)登記到VM裡,以便能加快後續呼叫本地函數之效率。

    JNI_OnUnload()函數JNI_OnLoad()相對應的。在載入C組件時會立即呼叫JNI_OnLoad()來進行組件內的初期動作;而當VM釋放該C組件時,則會呼叫JNI_OnUnload()函數來進行善後清除動作。當VM呼叫JNI_OnLoad()JNI_Unload()函數時,都會將VM的指標(Pointer)傳遞給它們,其參數如下:

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved) {

      ………

     }

jint JNI_OnUnload(JavaVM* vm, void* reserved){

      ………

     }

JNI_OnLoad()函數裡,就透過VM之指標而取得JNIEnv之指標值,並存入env指標變數里,如下述指令:

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved){

     JNIEnv* env = NULL;

     jint result = -1;

 

    if (vm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {

          LOGE("ERROR: GetEnv failed\n");

          goto bail;

    }

    }

由於VM通常是多執行緒(Multi-threading)的執行環境。每一個執行緒在呼叫JNI_OnLoad()時,所傳遞進來的JNIEnv指標值都是不同的。為了配合這種多執行緒的環境,C組件開發者在撰寫本地函數時,可藉由JNIEnv指標值之不同而避免執行緒的資料衝突問題,才能確保所寫的本地函數能安全地在Android多執行緒VM 裡安全地執行。基於這個理由,當在呼叫C組件的函數時,都會將JNIEnv指標值傳遞給它,如下:

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)

{

JNIEnv* env = NULL;

  ……….

    if (register_android_media_MediaPlayer(env) < 0) {

          ……….

   }

       }

JNI_OnLoad()呼叫register_android_media_MediaPlayer(env)函數時,就將env指標值傳遞過去。如此,在register_android_media_MediaPlayer()函數就能藉由該指標值而區別不同的執行緒,以便化解資料衝突的問題。

例如,在register_android_media_MediaPlayer()函數裡,可撰寫下述指令:

       if ((*env)->MonitorEnter(env, obj) != JNI_OK) {

      ……….

}

    查看是否已經有其他執行緒進入此物件,如果沒有,此執行緒就進入該物件裡執行了。還有,也可撰寫下述指令:

       if ((*env)->MonitorExit(env, obj) != JNI_OK) {

            ………

        }

查看是否此執行緒正在此物件內執行,如果是,此執行緒就會立即離開

 

 

3.  registerNativeMethods()函數之用途

    應用層級的Java類別透過VM而呼叫到本地函數。一般是仰賴VM去尋找*.so裡的本地函數。如果需要連續呼叫很多次,每次都需要尋找一遍,會多花許多時間。此時,組件開發者可以自行將本地函數向VM進行登記。例如,Android/system/lib/libmedia_jni.so檔案裡的程式碼片段如下:

 

//#define LOG_NDEBUG 0

#define LOG_TAG "MediaPlayer-JNI"

………

static JNINativeMethod gMethods[] = {

    {"setDataSource",   "(Ljava/lang/String;)V",

  (void *)android_media_MediaPlayer_setDataSource},

    {"setDataSource",    "(Ljava/io/FileDescriptor;JJ)V", 

(void *)android_media_MediaPlayer_setDataSourceFD},

    {"prepare",   "()V",     (void *)android_media_MediaPlayer_prepare},

    {"prepareAsync",   "()V",   (void *)android_media_MediaPlayer_prepareAsync},

    {"_start",   "()V",   (void *)android_media_MediaPlayer_start},

    {"_stop",   "()V",    (void *)android_media_MediaPlayer_stop},

    {"getVideoWidth",   "()I",      (void *)android_media_MediaPlayer_getVideoWidth},

    {"getVideoHeight",   "()I",      (void *)android_media_MediaPlayer_getVideoHeight},

    {"seekTo",              "(I)V",      (void *)android_media_MediaPlayer_seekTo},

    {"_pause",              "()V",       (void *)android_media_MediaPlayer_pause},

    {"isPlaying",           "()Z",       (void *)android_media_MediaPlayer_isPlaying},

    {"getCurrentPosition",  "()I",  (void *)android_media_MediaPlayer_getCurrentPosition},

    {"getDuration",         "()I",     (void *)android_media_MediaPlayer_getDuration},

    {"_release",            "()V",      (void *)android_media_MediaPlayer_release},

    {"_reset",              "()V",        (void *)android_media_MediaPlayer_reset},

    {"setAudioStreamType",  "(I)V", (void *)android_media_MediaPlayer_setAudioStreamType},

    {"setLooping",      "(Z)V",      (void *)android_media_MediaPlayer_setLooping},

    {"setVolume",      "(FF)V",     (void *)android_media_MediaPlayer_setVolume},

    {"getFrameAt",     "(I)Landroid/graphics/Bitmap;", 

  (void *)android_media_MediaPlayer_getFrameAt},

    {"native_setup",    "(Ljava/lang/Object;)V", 

           (void *)android_media_MediaPlayer_native_setup},

    {"native_finalize",     "()V",    (void *)android_media_MediaPlayer_native_finalize},

};

………

static int register_android_media_MediaPlayer(JNIEnv *env){

  ………

    return AndroidRuntime::registerNativeMethods(env,

                "android/media/MediaPlayer", gMethods, NELEM(gMethods));

}

……….

//

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved){

  ………

    if (register_android_media_MediaPlayer(env) < 0) {

        LOGE("ERROR: MediaPlayer native registration failed\n");

        goto bail;

    }

  ……….

}

VM載入libmedia_jni.so檔案時,就呼叫JNI_OnLoad()函數。接著,JNI_OnLoad()呼叫register_android_media_MediaPlayer()函數。此時,就呼叫到AndroidRuntime::registerNativeMethods()函數,向VM(AndroidRuntime)登記gMethods[]表格所含的本地函數了。簡而言之,registerNativeMethods()函數的用途有二:

1.            更有效率去找到函數。

2.            可在執行期間進行抽換。由於gMethods[]是一個<名稱,函數指標>對照表,在程式執行時,可多次呼叫registerNativeMethods()函數來更換本地函數之指標,而達到彈性抽換本地函數之目的。

kezeodsnx 發表在 痞客邦 PIXNET 留言(0) 人氣()