編寫:pedant - 原文:http://developer.android.com/training/articles/perf-jni.html
JNI全稱Java Native Interface。它為托管代碼（使用Java編程語言編寫）與本地代碼（使用C/C++編寫）提供了一種交互方式。它是與廠商無關的（vendor-neutral）,支持從動態(tài)共享庫中加載代碼，雖然這樣會稍顯麻煩，但有時這是相當有效的。
如果你對JNI還不是太熟悉，可以先通讀Java Native Interface Specification這篇文章來對JNI如何工作以及哪些特性可用有個大致的印象。這種接口的一些方面不能立即一讀就顯而易見，所以你會發(fā)現(xiàn)接下來的幾個章節(jié)很有用處。
JNI定義了兩種關鍵數(shù)據(jù)結構，“JavaVM”和“JNIEnv”。它們本質(zhì)上都是指向函數(shù)表指針的指針（在C++版本中，它們被定義為類，該類包含一個指向函數(shù)表的指針，以及一系列可以通過這個函數(shù)表間接地訪問對應的JNI函數(shù)的成員函數(shù)）。JavaVM提供“調(diào)用接口（invocation interface）”函數(shù), 允許你創(chuàng)建和銷毀一個JavaVM。理論上你可以在一個進程中擁有多個JavaVM對象，但安卓只允許一個。
JNIEnv提供了大部分JNI功能。你定義的所有本地函數(shù)都會接收JNIEnv作為第一個參數(shù)。
JNIEnv是用作線程局部存儲。因此，你不能在線程間共享一個JNIEnv變量。如果在一段代碼中沒有其它辦法獲得它的JNIEnv，你可以共享JavaVM對象，使用GetEnv來取得該線程下的JNIEnv（如果該線程有一個JavaVM的話；見下面的AttachCurrentThread）。
JNIEnv和JavaVM的在C聲明是不同于在C++的聲明。頭文件“jni.h”根據(jù)它是以C還是以C++模式包含來提供不同的類型定義（typedefs）。因此，不建議把JNIEnv參數(shù)放到可能被兩種語言引入的頭文件中（換一句話說：如果你的頭文件需要#ifdef __cplusplus，你可能不得不在任何涉及到JNIEnv的內(nèi)容處都要做些額外的工作）。
所有的線程都是Linux線程，由內(nèi)核統(tǒng)一調(diào)度。它們通常從托管代碼中啟動（使用Thread.start），但它們也能夠在其他任何地方創(chuàng)建，然后連接（attach）到JavaVM。例如，一個用pthread_create啟動的線程能夠使用JNI AttachCurrentThread 或 AttachCurrentThreadAsDaemon函數(shù)連接到JavaVM。在一個線程成功連接（attach）之前，它沒有JNIEnv，不能夠調(diào)用JNI函數(shù)。
連接一個本地環(huán)境創(chuàng)建的線程會觸發(fā)構造一個java.lang.Thread對象，然后其被添加到主線程群組（main ThreadGroup）,以讓調(diào)試器可以探測到。對一個已經(jīng)連接的線程使用AttachCurrentThread不做任何操作（no-op）。
安卓不能中止正在執(zhí)行本地代碼的線程。如果正在進行垃圾回收，或者調(diào)試器已發(fā)出了中止請求，安卓會在下一次調(diào)用JNI函數(shù)的時候中止線程。
連接過的（attached）線程在它們退出之前必須通過JNI調(diào)用DetachCurrentThread。如果你覺得直接這樣編寫不太優(yōu)雅，在安卓2.0（Eclair）及以上， 你可以使用pthread_key_create來定義一個析構函數(shù)，它將會在線程退出時被調(diào)用，你可以在那兒調(diào)用DetachCurrentThread （使用生成的key與pthread_setspecific將JNIEnv存儲到線程局部空間內(nèi)；這樣JNIEnv能夠作為參數(shù)傳入到析構函數(shù)當中去）。
如果你想在本地代碼中訪問一個對象的字段（field）,你可以像下面這樣做：
類似地，要調(diào)用一個方法，你首先得獲得一個類對象的引用，然后是方法ID（method ID）。這些ID通常是指向運行時內(nèi)部數(shù)據(jù)結構。查找到它們需要些字符串比較，但一旦你實際去執(zhí)行它們獲得字段或者做方法調(diào)用是非?？斓?。
如果性能是你看重的，那么一旦查找出這些值之后在你的本地代碼中緩存這些結果是非常有用的。因為每個進程當中的JavaVM是存在限制的，存儲這些數(shù)據(jù)到本地靜態(tài)數(shù)據(jù)結構中是非常合理的。
類引用（class reference），字段ID（field ID）以及方法ID（method ID）在類被卸載前都是有效的。如果與一個類加載器（ClassLoader）相關的所有類都能夠被垃圾回收，但是這種情況在安卓上是罕見甚至不可能出現(xiàn)，只有這時類才被卸載。注意雖然jclass是一個類引用，但是必須要調(diào)用NewGlobalRef保護起來（見下個章節(jié)）。
當一個類被加載時如果你想緩存些ID，而后當這個類被卸載后再次載入時能夠自動地更新這些緩存ID，正確做法是在對應的類中添加一段像下面的代碼來初始化這些ID：
/*
* 我們在一個類初始化時調(diào)用本地方法來緩存一些字段的偏移信息
* 這個本地方法查找并緩存你感興趣的class/field/method ID
* 失敗時拋出異常
*/
private static native void nativeInit();
static {
nativeInit();
}在你的C/C++代碼中創(chuàng)建一個nativeClassInit方法以完成ID查找的工作。當這個類被初始化時這段代碼將會執(zhí)行一次。當這個類被卸載后而后再次載入時，這段代碼將會再次執(zhí)行。
每個傳入本地方法的參數(shù)，以及大部分JNI函數(shù)返回的每個對象都是“局部引用”。這意味著它只在當前線程的當前方法執(zhí)行期間有效。即使這個對象本身在本地方法返回之后仍然存在，這個引用也是無效的。
這同樣適用于所有jobject的子類，包括jclass，jstring，以及jarray（當JNI擴展檢查是打開的時候，運行時會警告你對大部分對象引用的誤用）。
如果你想持有一個引用更長的時間，你就必須使用一個全局（“global”）引用了。NewGlobalRef函數(shù)以一個局部引用作為參數(shù)并且返回一個全局引用。全局引用能夠保證在你調(diào)用DeleteGlobalRef前都是有效的。
這種模式通常被用在緩存一個從FindClass返回的jclass對象的時候，例如：
jclass localClass = env->FindClass("MyClass");
jclass globalClass = reinterpret_cast<jclass>(env->NewGlobalRef(localClass));所有的JNI方法都接收局部引用和全局引用作為參數(shù)。相同對象的引用卻可能具有不同的值。例如，用相同對象連續(xù)地調(diào)用NewGlobalRef得到返回值可能是不同的。為了檢查兩個引用是否指向的是同一個對象，你必須使用IsSameObject函數(shù)。絕不要在本地代碼中用==符號來比較兩個引用。
得出的結論就是你絕不要在本地代碼中假定對象的引用是常量或者是唯一的。代表一個對象的32位值從方法的一次調(diào)用到下一次調(diào)用可能有不同的值。在連續(xù)的調(diào)用過程中兩個不同的對象卻可能擁有相同的32位值。不要使用jobject的值作為key.
開發(fā)者需要“不過度分配”局部引用。在實際操作中這意味著如果你正在創(chuàng)建大量的局部引用，或許是通過對象數(shù)組，你應該使用DeleteLocalRef手動地釋放它們，而不是寄希望JNI來為你做這些。實現(xiàn)上只預留了16個局部引用的空間，所以如果你需要更多，要么你刪掉以前的，要么使用EnsureLocalCapacity/PushLocalFrame來預留更多。
注意jfieldID和jmethodID是映射類型（opaque types），不是對象引用，不應該被傳入到NewGlobalRef。原始數(shù)據(jù)指針，像GetStringUTFChars和GetByteArrayElements的返回值，也都不是對象（它們能夠在線程間傳遞，并且在調(diào)用對應的Release函數(shù)之前都是有效的）。
還有一種不常見的情況值得一提，如果你使用AttachCurrentThread連接（attach）了本地進程，正在運行的代碼在線程分離（detach）之前決不會自動釋放局部引用。你創(chuàng)建的任何局部引用必須手動刪除。通常，任何在循環(huán)中創(chuàng)建局部引用的本地代碼可能都需要做一些手動刪除。
Java編程語言使用UTF-16格式。為了便利，JNI也提供了支持變形UTF-8（Modified UTF-8）的方法。這種變形編碼對于C代碼是非常有用的，因為它將\u0000編碼成0xc0 0x80，而不是0x00。最愜意的事情是你能在具有C風格的以\0結束的字符串上計數(shù)，同時兼容標準的libc字符串函數(shù)。不好的一面是你不能傳入隨意的UTF-8數(shù)據(jù)到JNI函數(shù)而還指望它正常工作。
如果可能的話，直接操作UTF-16字符串通常更快些。安卓當前在調(diào)用GetStringChars時不需要拷貝，而GetStringUTFChars需要一次分配并且轉換為UTF-8格式。注意UTF-16字符串不是以零終止字符串，\u0000是被允許的，所以你需要像對jchar指針一樣地處理字符串的長度。
不要忘記Release你Get的字符串。這些字符串函數(shù)返回jchar或者jbyte，都是指向基本數(shù)據(jù)類型的C格式的指針而不是局部引用。它們在Release調(diào)用之前都保證有效，這意味著當本地方法返回時它們并不主動釋放。
傳入NewStringUTF函數(shù)的數(shù)據(jù)必須是變形UTF-8格式。一種常見的錯誤情況是，從文件或者網(wǎng)絡流中讀取出的字符數(shù)據(jù)，沒有過濾直接使用NewStringUTF處理。除非你確定數(shù)據(jù)是7位的ASCII格式，否則你需要剔除超出7位ASCII編碼范圍（high-ASCII）的字符或者將它們轉換為對應的變形UTF-8格式。如果你沒那樣做，UTF-16的轉換結果可能不會是你想要的結果。JNI擴展檢查將會掃描字符串，然后警告你那些無效的數(shù)據(jù)，但是它們將不會發(fā)現(xiàn)所有潛在的風險。
JNI提供了一系列函數(shù)來訪問數(shù)組對象中的內(nèi)容。對象數(shù)組的訪問只能一次一條，但如果原生類型數(shù)組以C方式聲明，則能夠直接進行讀寫。
為了讓接口更有效率而不受VM實現(xiàn)的制約，Get
你可以用一個非空指針作為isCopy參數(shù)的值來決定數(shù)據(jù)是否會被拷貝。這相當有用。
Release類的函數(shù)接收一個mode參數(shù)，這個參數(shù)的值可選的有下面三種。而運行時具體執(zhí)行的操作取決于它返回的指針是指向真實數(shù)據(jù)還是拷貝出來的那份。
檢查isCopy標識的一個原因是對一個數(shù)組做出變更后確認你是否需要傳入JNI_COMMIT來調(diào)用Release函數(shù)。如果你交替地執(zhí)行變更和讀取數(shù)組內(nèi)容的代碼，你也許可以跳過無操作（no-op）的JNI_COMMIT。檢查這個標識的另一個可能的原因是使用JNI_ABORT可以更高效。例如，你也許想得到一個數(shù)組，適當?shù)匦薷乃?，傳入部分到其他函?shù)中，然后丟掉這些修改。如果你知道JNI是為你做了一份新的拷貝，就沒有必要再創(chuàng)建另一份“可編輯的（editable）”的拷貝了。如果JNI傳給你的是原始數(shù)組，這時你就需要創(chuàng)建一份你自己的拷貝了。
另一個常見的錯誤（在示例代碼中出現(xiàn)過）是認為當isCopy是false時你就可以不調(diào)用Release。實際上是沒有這種情況的。如果沒有分配備份空間，那么初始的內(nèi)存空間會受到牽制，位置不能被垃圾回收器移動。
另外注意JNI_COMMIT標識沒有釋放數(shù)組，你最終需要使用一個不同的標識再次調(diào)用Release。
當你想做的只是拷出或者拷進數(shù)據(jù)時，可以選擇調(diào)用像Get
jbyte* data = env->GetByteArrayElements(array, NULL);
if (data != NULL) {
memcpy(buffer, data, len);
env->ReleaseByteArrayElements(array, data, JNI_ABORT);
}這里獲取到了數(shù)組，從當中拷貝出開頭的len個字節(jié)元素，然后釋放這個數(shù)組。根據(jù)代碼的實現(xiàn)，Get函數(shù)將會牽制或者拷貝數(shù)組的內(nèi)容。上面的代碼拷貝了數(shù)據(jù)（為了可能的第二次），然后調(diào)用Release；這當中JNI_ABORT確保不存在第三份拷貝了。
另一種更簡單的實現(xiàn)方式：
env->GetByteArrayRegion(array, 0, len, buffer);這種方式有幾個優(yōu)點：
類似地，你能使用Set
當異常發(fā)生時你一定不能調(diào)用大部分的JNI函數(shù)。你的代碼收到異常（通過函數(shù)的返回值，ExceptionCheck，或者ExceptionOccurred），然后返回，或者清除異常，處理掉。
當異常發(fā)生時你被允許調(diào)用的JNI函數(shù)有：
許多JNI調(diào)用能夠拋出異常，但通常提供一種簡單的方式來檢查失敗。例如，如果NewString返回一個非空值，你不需要檢查異常。然而，如果你調(diào)用一個方法（使用一個像CalllObjectMethod的函數(shù)），你必須一直檢查異常，因為當一個異常拋出時它的返回值將不會是有效的。
注意中斷代碼拋出的異常不會展開本地調(diào)用堆棧信息，Android也還不支持C++異常。JNI Throw和ThrowNew指令僅僅是在當前線程中放入一個異常指針。從本地代碼返回到托管代碼時，異常將會被注意到，得到適當?shù)奶幚怼?/p>
本地代碼能夠通過調(diào)用ExceptionCheck或者ExceptionOccurred捕獲到異常，然后使用ExceptionClear清除掉。通常，拋棄異常而不處理會導致些問題。
沒有內(nèi)建的函數(shù)來處理Throwable對象自身，因此如果你想得到異常字符串，你需要找出Throwable Class，然后查找到getMessage "()Ljava/lang/String;"的方法ID，調(diào)用它，如果結果非空，使用GetStringUTFChars，得到的結果你可以傳到printf(3) 或者其它相同功能的函數(shù)輸出。
JNI的錯誤檢查很少。錯誤發(fā)生時通常會導致崩潰。Android也提供了一種模式，叫做CheckJNI，這當中JavaVM和JNIEnv函數(shù)表指針被換成了函數(shù)表，它在調(diào)用標準實現(xiàn)之前執(zhí)行了一系列擴展檢查的。
額外的檢查包括：
（方法和域的可訪問性仍然沒有檢查：訪問限制對于本地代碼并不適用。）
有幾種方法去啟用CheckJNI。
如果你正在使用模擬器，CheckJNI默認是打開的。
如果你有一臺root過的設備，你可以使用下面的命令序列來重啟運行時（runtime），啟用CheckJNI。
adb shell stop
adb shell setprop dalvik.vm.checkjni true
adb shell start隨便哪一種，當運行時（runtime）啟動時你將會在你的日志輸出中見到如下的字符：
D AndroidRuntime: CheckJNI is ON如果你有一臺常規(guī)的設備，你可以使用下面的命令：
adb shell setprop debug.checkjni 1這將不會影響已經(jīng)在運行的app，但是從那以后啟動的任何app都將打開CheckJNI(改變屬性為其它值或者只是重啟都將會再次關閉CheckJNI)。這種情況下，你將會在下一次app啟動時，在日志輸出中看到如下字符：
D Late-enabling CheckJNI你可以使用標準的System.loadLibrary方法來從共享庫中加載本地代碼。在你的本地代碼中較好的做法是：
JNI_OnLoad函數(shù)在C++中的寫法如下：
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
JNIEnv* env;
if (vm->GetEnv(reinterpret_cast<void**>(&env), JNI_VERSION_1_6) != JNI_OK) {
return -1;
}
// 使用env->FindClass得到jclass
// 使用env->RegisterNatives注冊本地方法
return JNI_VERSION_1_6;
}你也可以使用共享庫的全路徑來調(diào)用System.load。對于Android app，你也許會發(fā)現(xiàn)從context對象中得到應用私有數(shù)據(jù)存儲的全路徑是非常有用的。
上面是推薦的方式，但不是僅有的實現(xiàn)方式。顯式注冊不是必須的，提供一個JNI_OnLoad函數(shù)也不是必須的。你可以使用基于特殊命名的“發(fā)現(xiàn)（discovery）”模式來注冊本地方法（更多細節(jié)見：JNI spec），雖然這并不可取。因為如果一個方法的簽名錯誤，在這個方法實際第一次被調(diào)用之前你是不會知道的。
關于JNI_OnLoad另一點注意的是：任何你在JNI_OnLoad中對FindClass的調(diào)用都發(fā)生在用作加載共享庫的類加載器的上下文（context）中。一般FindClass使用與“調(diào)用?！表敳糠椒ㄏ嚓P的加載器，如果當中沒有加載器（因為線程剛剛連接）則使用“系統(tǒng)（system）”類加載器。這就使得JNI_OnLoad成為一個查尋及緩存類引用很便利的地方。
Android當前設計為運行在32位的平臺上。理論上它也能夠構建為64位的系統(tǒng)，但那不是現(xiàn)在的目標。當與本地代碼交互時，在大多數(shù)情況下這不是你需要擔心的，但是如果你打算存儲指針變量到對象的整型字段（integer field）這樣的本地結構中，這就變得非常重要了。為了支持使用64位指針的架構，你需要使用long類型而不是int類型的字段來存儲你的本地指針。
除了下面的例外，支持所有的JNI 1.6特性：
對Android以前老版本的向后兼容性，你需要注意：
當使用本地代碼開發(fā)時經(jīng)常會見到像下面的錯誤：
java.lang.UnsatisfiedLinkError: Library foo not found有時候這表示和它提示的一樣---未找到庫。但有些時候庫確實存在但不能被dlopen(3)找開，更多的失敗信息可以參見異常詳細說明。
你遇到“l(fā)ibrary not found”異常的常見原因可能有這些：
另一種UnsatisfiedLinkError錯誤像下面這樣：
java.lang.UnsatisfiedLinkError: myfunc
at Foo.myfunc(Native Method)
at Foo.main(Foo.java:10)在日志中，你會發(fā)現(xiàn)：
W/dalvikvm( 880): No implementation found for native LFoo;.myfunc ()V這意味著運行時嘗試匹配一個方法但是沒有成功，這種情況常見的原因有：
使用javah來自動生成JNI頭文件也許能幫助你避免這些問題。
確保類名字符串有正確的格式。JNI類名稱以包名開始，然后使用左斜杠來分隔，比如java/lang/String。如果你正在查找一個數(shù)組類，你需要以對應數(shù)目的綜括號開頭，使用“L”和“;”將類名兩頭包起來，所以一個一維字符串數(shù)組應該寫成[Ljava/lang/String;。
如果類名稱看上去正確，你可能運行時遇到了類加載器的問題。FindClass想在與你代碼相關的類加載器中開始查找指定的類。檢查調(diào)用堆棧，可能看起像：
Foo.myfunc(Native Method)
Foo.main(Foo.java:10)
dalvik.system.NativeStart.main(Native Method)最頂層的方法是Foo.myfunc。FindClass找到與類Foo相關的ClassLoader對象然后使用它。
這通常正是你所想的。如果你創(chuàng)建了自己的線程那么就會遇到麻煩（也許是調(diào)用了pthread_create然后使用AttachCurrentThread進行了連接）?，F(xiàn)在跟蹤堆?？赡芟裣旅孢@樣：
dalvik.system.NativeStart.run(Native Method)最頂層的方法是NativeStart.run，它不是你應用內(nèi)的方法。如果你從這個線程中調(diào)用FindClass，JavaVM將會啟動“系統(tǒng)（system）”的而不是與你應用相關的加載器，因此試圖查找應用內(nèi)定義的類都將會失敗。
下面有幾種方法可以解決這個問題：
也許你會遇到這樣一種情況，想從你的托管代碼或者本地代碼訪問一大塊原始數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。常見例子包括對bitmap或者聲音文件的處理。這里有兩種基本實現(xiàn)方式。
你可以將數(shù)據(jù)存儲到byte[]。這允許你從托管代碼中快速地訪問。然而，在本地代碼端不能保證你不去拷貝一份就直接能夠訪問數(shù)據(jù)。在某些實現(xiàn)中，GetByteArrayElements和GetPrimitiveArrayCritical將會返回指向在維護堆中的原始數(shù)據(jù)的真實指針，但是在另外一些實現(xiàn)中將在本地堆空間分配一塊緩沖區(qū)然后拷貝數(shù)據(jù)過去。
還有一種選擇是將數(shù)據(jù)存儲在一塊直接字節(jié)緩沖區(qū)（direct byte buffer），可以使用java.nio.ByteBuffer.allocateDirect或者NewDirectByteBuffer JNI函數(shù)創(chuàng)建buffer。不像常規(guī)的byte緩沖區(qū)，它的存儲空間將不會分配在程序維護的堆空間上，總是可以從本地代碼直接訪問（使用GetDirectBufferAddress得到地址）。依賴于直接字節(jié)緩沖區(qū)訪問的實現(xiàn)方式，從托管代碼訪問原始數(shù)據(jù)將會非常慢。
選擇使用哪種方式取決于兩個方面：
1.大部分的數(shù)據(jù)訪問是在Java代碼還是C/C++代碼中發(fā)生？
2.如果數(shù)據(jù)最終被傳到系統(tǒng)API，那它必須是怎樣的形式（例如，如果數(shù)據(jù)最終被傳到一個使用byte[]作為參數(shù)的函數(shù)，在直接的ByteBuffer中處理或許是不明智的）？
如果通過上面兩種情況仍然不能明確區(qū)分的，就使用直接字節(jié)緩沖區(qū)（direct byte buffer）形式。它們的支持是直接構建到JNI中的，在未來的版本中性能可能會得到提升。
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