NDK

谈谈你对 JNI 和 NDK 的理解

JNI

JNI 是 Java Native Interface 的缩写，即 Java 的本地接口。

目的是使得 Java 与本地其他语言（如 C/C++）进行交互。

JNI 是属于 Java 的，与 Android 无直接关系。

NDK

NDK 是 Native Development Kit 的缩写，是 Android 的工具开发包。

作用是更方便和快速开发 C/C++ 的动态库，并自动将动态库与应用一起打包到 apk。

NDK 是属于 Android 的，与 Java 无直接关系。

总结

JNI 是实现的目的，NDK 是 Android 中实现 JNI 的手段

谈谈你对 JNIEnv 和 JavaVM 理解

JavaVM

JavaVM 是虚拟机在 JNI 层的代表。

一个进程只有一个 JavaVM。（重要！）

所有的线程共用一个 JavaVM。（重要！）

JNIEnv

JNIEnv 表示 Java 调用 native 语言的环境，封装了几乎全部 JNI 方法的指针。

JNIEnv 只在创建它的线程生效，不能跨线程传递，不同线程的 JNIEnv 彼此独立。（重要！）

注意

在 native 环境下创建的线程，要想和 java 通信，即需要获取一个 JNIEnv 对象。我们通过

AttachCurrentThread 和 DetachCurrentThread 方法将 native 的线程与 JavaVM 关联和解除关联

解释一下 JNI 中全局引用和局部引用的区别和使用

全局引用

通过 NewGlobalRef 和 DeleteGlobalRef 方法创建和释放一个全局引用。

全局引用能在多个线程中被使用，且不会被 GC 回收，只能手动释放。

局部引用

通过 NewLocalRef 和 DeleteLocalRef 方法创建和释放一个局部引用。

局部引用只在创建它的 native 方法中有效，包括其调用的其它函数中有效。因此我们不能寄望于将一个

局部引用直接保存在全局变量中下次使用（请使用全局引用实现该需求）。

我们可以不用删除局部引用，它们会在 native 方法返回时全部自动释放，但是建议对于不再使用的局部引用手动释放，避免内存过度使用。

扩展：弱全局引用

通过 NewWeakGlobalRef 和 DeleteWeakGlobalRef 创建和释放一个弱全局引用。

弱全局引用类似于全局引用，唯一的区别是它不会阻止被 GC 回收。

JNI 线程间数据怎么互相访问？

什么是NDK？它主要用来做什么？

Android Native Development Kit (NDK) 是一套工具集合，它允许开发者为Android平台编写原生应用程序或者应用程序的部分模块。NDK 主要用于开发那些需要高性能计算的应用程序，例如游戏引擎、图像处理软件或音频/视频编码解码器等。通过使用 C 或 C++ 编写代码，开发者可以利用硬件加速功能，提高应用性能。

NDK 提供了一系列工具来帮助开发者完成从源代码到可执行文件的整个过程，包括编译、链接、调试等功能。它也支持与 Java 层的交互，通过 JNI (Java Native Interface) 机制，可以让 Java 代码调用 C/C++ 代码，反之亦然。

为什么在Android开发中使用NDK？

尽管大多数 Android 应用都是用 Java 或 Kotlin 编写的，但有些情况下使用 NDK 是必要的：

  • 性能优化：对于图形密集型或计算密集型的应用，C/C++ 可以提供比 Java 更高的性能。
  • 复用现有代码：如果已经有现成的 C/C++ 代码库，可以直接集成到 Android 应用中，无需重写。
  • 硬件访问：直接访问底层硬件接口，如摄像头、传感器等。
  • 跨平台：使用 NDK 开发的应用可以更容易地移植到其他平台，如 iOS。

描述一下NDK和JDK之间的关系

NDK 和 JDK (Java Development Kit) 在 Android 开发中扮演着不同的角色。JDK 是 Java 开发的基础工具包，提供了 Java 编译器、运行时环境以及其他辅助工具。而 NDK 则是用于构建原生代码（C/C++）的工具集。

两者之间的关系体现在：

  • 交互：通过 JNI，Java 代码可以调用 C/C++ 函数，反之亦然。
  • 依赖：NDK 中的某些工具（如 ndk-build）可能依赖于 JDK 中的工具（如 javac）来编译 Java 代码并生成 JNI 接口。
  • 互补：JDK 和 NDK 分别针对不同层面的开发需求，共同支撑起 Android 应用的整体架构。

举出一些使用NDK开发的应用场景

  • 游戏引擎：如 Unity 使用 C#，但在底层使用 C/C++ 进行渲染和物理计算。
  • 媒体处理：视频播放器或音频编辑软件中对音频和视频的编码和解码。
  • 机器学习：基于 TensorFlow Lite 的模型通常使用 C/C++ 实现，以提高计算效率。
  • 计算机视觉：OpenCV 等库提供了丰富的图像处理功能。
  • 实时通信：音视频通话应用需要高效的数据传输和处理。

什么是JNI？它如何与NDK配合使用？

JNI (Java Native Interface) 是一个框架，它允许 Java 代码与 C/C++ 代码之间进行交互。在 Android 中，JNI 通常与 NDK 配合使用，使得 Java 代码能够调用 C/C++ 函数，并且反过来也可以让 C/C++ 代码调用 Java 方法。

使用 JNI 和 NDK 的步骤包括：

  1. 定义接口：在 Java 层声明 native 方法。
  2. 实现接口：在 C/C++ 文件中实现这些方法。
  3. 加载库：在 Java 代码中动态加载生成的共享库。
  4. 调用函数：通过 JNI 调用 C/C++ 函数。

如何安装和配置Android NDK？

  1. 下载 NDK：访问 Android Developer 网站下载最新版本的 NDK。
  2. 解压：将 NDK 压缩包解压到一个指定的目录。
  3. 设置环境变量：将 NDK 的安装路径添加到系统的 PATH 环境变量中。
  4. 配置 Android Studio：在项目中指定 NDK 的路径。

在Android Studio中如何配置NDK路径？

在 Android Studio 中配置 NDK 路径的步骤如下：

  1. 打开项目：启动 Android Studio 并打开你的项目。
  2. 编辑 Gradle 构建文件：打开 app 模块下的 build.gradle 文件。
  3. 添加 NDK 路径：在 android 块内添加 ndkPath 属性，指明 NDK 的完整路径。
  4. 同步 Gradle：点击 "Sync Project with Gradle Files" 同步更改。

描述一下NDK工具链中的主要工具及其作用

NDK 包含多个工具，其中一些关键工具包括：

  • ndk-build：用于编译、链接和打包 C/C++ 代码。
  • ndk-stack：用于解析堆栈跟踪，帮助调试原生代码。
  • ndk-gdb：连接到正在运行的进程进行调试。
  • ndk-shlib：用于生成共享库。
  • ndk-depends：分析源文件依赖性。
  • cppfilt：用于反向展开 mangled 名称，便于阅读。

如何创建一个包含NDK组件的基本项目？

创建包含 NDK 组件的基本项目的步骤如下：

  1. 创建 Android Studio 项目：选择支持 C/C++ 的模板。
  2. 编写 C/C++ 代码：在 src/main/jniLibs 目录下编写 C/C++ 源文件。
  3. 编写 JNI 接口：定义 Java 层的 native 方法，并在 C/C++ 文件中实现它们。
  4. 配置 build.gradle：指定 C/C++ 源文件的位置和 ABI 架构。
  5. 编译和测试：构建项目并在设备上测试。

解释一下NDK r21版本引入的新特性

NDK r21 版本带来了一些重要的改进：

  • Clang 7：更新了 Clang 编译器版本，提供了更好的性能和兼容性。
  • LLVM 9.0：采用了 LLVM 9.0 工具链，增强了 C/C++ 代码的编译质量。
  • GCC 支持移除：完全移除了对 GCC 的支持，推荐使用 Clang 进行编译。
  • 新的预编译二进制：提供了更多预编译的库，减少了构建时间。
  • ABI 改进：增加了对新的 ABI 的支持，如 arm64-v8a 和 x86_64。

以上这些新特性提高了开发效率和应用性能，同时也反映了 Android 生态系统的发展趋势。

介绍几种调试NDK代码的方法

调试原生代码 (C/C++) 是 Android 开发过程中的一项重要技能。以下是几种常用的调试 NDK 代码的方法：

  • 使用 gdb (GNU Debugger)：这是最传统的调试工具，可以用来设置断点、查看变量值、单步执行等。
  • 使用 Android Studio 的调试工具：提供了图形界面的调试工具，可以方便地设置断点、查看变量值、单步执行等。
  • 使用 ndk-gdb：这是 Android NDK 提供的一个脚本，它简化了使用 gdb 的过程，使得调试更加方便。
  • 使用 log 输出：虽然不是真正的调试，但是在代码中加入 __android_log_print() 函数输出关键信息到 logcat 也是一种简单有效的调试手段。
  • 使用 sanitizer：如 AddressSanitizer (ASan) 和 UndefinedBehaviorSanitizer (UBSan)，这些工具可以帮助发现内存错误和未定义行为等问题。

如何使用gdb进行调试？

gdb 是一个强大的命令行调试工具，可以用来调试 C/C++ 程序。下面是使用 gdb 调试 NDK 代码的基本步骤：

  1. 准备可调试的二进制文件：确保在构建项目时包含调试信息。
  2. 启动 gdb：在终端中输入 gdb <your_binary> 来启动 gdb。
  3. 加载符号表：使用 symbol-file <path_to_symbols> 加载符号表。
  4. 设置断点：使用 break 命令在特定的函数或行设置断点。
  5. 运行程序：使用 run 命令运行程序。
  6. 单步执行：使用 step 或 next 命令逐行执行代码。
  7. 检查变量：使用 print 命令显示变量的值。
  8. 继续执行：使用 continue 命令继续执行直到下一个断点。
  9. 退出 gdb：使用 quit 命令退出 gdb。

如何使用Android Studio自带的调试工具？

Android Studio 自带了一套图形化的调试工具，可以非常方便地调试 NDK 代码。以下是使用 Android Studio 调试 NDK 代码的步骤：

  1. 配置 NDK 路径：确保在项目的 build.gradle 文件中正确设置了 NDK 的路径。
  2. 添加 C/C++ 代码：在 src/main/jniLibs 目录下添加 C/C++ 源文件。
  3. 编写 JNI 接口：在 Java 层声明 native 方法，并在 C/C++ 文件中实现它们。
  4. 设置断点：在 C/C++ 代码中设置断点。
  5. 运行调试模式：点击工具栏上的 “Debug” 图标运行应用。
  6. 查看变量：使用 Variables 窗口查看变量的值。
  7. 单步执行：使用 Step Over、Step Into 和 Step Out 按钮进行单步调试。
  8. 查看寄存器：使用 Registers 窗口查看寄存器的状态。
  9. 查看调用堆栈：使用 Stack Trace 窗口查看调用堆栈信息。

描述一下NDK中的构建过程

构建 NDK 项目的过程通常涉及以下几个步骤：

  1. 准备源代码：组织好 C/C++ 源代码和相关资源。
  2. 编写构建脚本：编写 Makefile 或 CMakeLists.txt 文件来描述构建规则。
  3. 配置工具链：设置正确的编译器和链接器选项。
  4. 编译：使用 ndk-build 或 cmake 命令编译源代码。
  5. 链接：将编译后的对象文件链接成可执行文件或共享库。
  6. 部署：将生成的库文件部署到 Android 设备或模拟器上。
  7. 测试：运行应用并验证功能是否正常。

什么是Makefile？它在NDK中的作用是什么？

Makefile 是一个文本文件，它包含了构建项目的规则和指令。在 NDK 中，Makefile 用于定义如何编译和链接 C/C++ 代码。具体来说，Makefile 包含以下内容：

  • 目标：定义最终要构建的目标文件。
  • 依赖：列出目标文件的依赖项，通常是源文件和其他中间文件。
  • 命令：定义如何构建目标文件，包括编译和链接命令。
  • 变量：定义构建过程中使用的路径、文件名、编译器选项等。

Makefile 在 NDK 中的作用是自动化构建过程，使开发者可以专注于编写代码而不是手动管理构建步骤。

如何编写简单的Makefile文件？

一个简单的 Makefile 文件可能如下所示：

# 定义变量
APP_ABI := armeabi-v7a
APP_PLATFORM := android-21
NDK_PROJECT_PATH := .
NDK_MODULE_PATH := .
 
# 指定编译器
CC := $(NDK_ROOT)/toolchains/llvm/prebuilt/linux-x86_64/bin/clang
CFLAGS := -std=c11 -Wall -Wextra -O2 -fPIC
 
# 源文件列表
SOURCES := main.c
 
# 目标文件列表
OBJECTS := $(SOURCES:.c=.o)
 
# 最终目标
all: libmylib.so
 
# 构建规则
libmylib.so: $(OBJECTS)
$(CC) -shared -o $@ $(OBJECTS) -L$(NDK_PROJECT_PATH)/libs -llog
 
# 清理规则
clean:
rm -f *.o libmylib.so

在这个例子中，Makefile 定义了一个名为 libmylib.so 的共享库，它由 main.c 文件构建而成。

什么是CMake？它与Makefile有何不同？

CMake 是一个跨平台的构建系统，它使用 CMakeLists.txt 文件来描述构建规则。CMake 的主要特点包括：

  • 跨平台：可以在多种操作系统上使用，包括 Windows、Linux 和 macOS。
  • 易用性：使用更现代化的语言和结构，易于理解和维护。
  • 高级功能：支持复杂的构建逻辑，如条件语句、循环和宏。
  • 第三方库集成：方便地集成外部库和项目。

CMake 与 Makefile 的主要不同：

  • 语法：CMake 使用类似 C 的语法，而 Makefile 使用特定的格式。
  • 可读性：CMake 的 CMakeLists.txt 文件通常更具可读性。
  • 灵活性：CMake 提供了更多的高级功能和控制选项。
  • 跨平台性：CMake 更容易在不同平台上进行构建。

如何使用CMake构建项目？

使用 CMake 构建 NDK 项目的步骤如下：

  1. 编写 CMakeLists.txt 文件：在项目根目录下创建 CMakeLists.txt 文件，并定义构建规则。
  2. 配置 CMakeLists.txt：指定源文件、库依赖、编译器选项等。
  3. 构建项目：使用 cmake 命令生成构建文件，然后使用 make 或 ninja 命令进行构建。

以下是一个简单的 CMakeLists.txt 示例：

# 设置 CMake 最小版本
cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)
 
# 设置项目名称
project(MyProject)
 
# 设置 ABI 和平台
set(CMAKE_TOOLCHAIN_FILE ${ANDROID_NDK}/build/cmake/android.toolchain.cmake)
set(ANDROID_ABI "armeabi-v7a")
set(ANDROID_PLATFORM android-21)
 
# 设置编译器选项
set(CMAKE_C_FLAGS "${CMAKE_C_FLAGS} -std=c11 -Wall -Wextra -O2 -fPIC")
 
# 添加源文件
add_library(mylib SHARED src/main.c)
 
# 添加依赖
target_link_libraries(mylib log)

在这个示例中，我们定义了一个名为 MyProject 的项目，并指定了 ABI、平台以及编译器选项。最后，我们添加了一个共享库 mylib，并将其链接到 log 库。

解释一下如何配置不同的ABI架构

在 Android 平台上，不同的设备可能采用不同的 ABI (Application Binary Interface) 架构。为了支持多种设备，开发人员需要为每种 ABI 架构构建相应的 .so 文件。以下是配置不同 ABI 架构的方法：

使用 Makefile

在使用 Android NDK 的传统 Makefile 构建系统中，可以通过设置 APP_ABI 变量来指定要构建的目标架构。例如，在 Application.mk 文件中，你可以这样设置：

APP_ABI := armeabi-v7a arm64-v8a x86 x86_64

这将告诉构建系统为四种架构（32位 ARM、64位 ARM、32位 x86 和 64位 x86）构建 .so 文件。你还可以为每种架构指定特定的编译选项，例如：

include $(call all-subdir-makefiles)
 
# 为 armeabi-v7a 配置
$(call import-module,./path/to/module1)
$(call import-add-module,module1:armeabi-v7a)
 
# 为 arm64-v8a 配置
$(call import-module,./path/to/module2)
$(call import-add-module,module2:arm64-v8a)

使用 CMake

如果你使用的是 CMake 构建系统，则可以在 CMakeLists.txt 文件中通过 set 命令来指定 ABI 架构：

set(CMAKE_TOOLCHAIN_FILE ${ANDROID_NDK}/build/cmake/android.toolchain.cmake)
set(ANDROID_ABI "armeabi-v7a" "arm64-v8a" "x86" "x86_64")
set(ANDROID_PLATFORM android-21)

或者，你可以通过传递 -DANDROID_ABI 参数给 cmake 命令来构建特定架构的 .so 文件：

cmake -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=${ANDROID_NDK}/build/cmake/android.toolchain.cmake \
      -DANDROID_ABI="armeabi-v7a" \
      -DANDROID_PLATFORM=android-21 ..

如何为不同的设备构建不同的.so文件？

为了针对不同的设备构建 .so 文件，你需要为每种 ABI 架构创建相应的构建配置。这可以通过修改 Makefile 或 CMakeLists.txt 文件来完成。

使用 Makefile

在 Makefile 中，可以通过为不同 ABI 架构指定不同的构建规则来实现这一目标。例如：

# Application.mk
APP_ABI := armeabi-v7a arm64-v8a
APP_PLATFORM := android-21

在每个模块的 Makefile 中，可以为不同的 ABI 设置不同的编译选项：

# module.mk
LOCAL_PATH := $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
 
LOCAL_MODULE    := mylib
LOCAL_SRC_FILES := mysource.c
 
# 特定于 armeabi-v7a 的编译选项
ifeq ($(TARGET_ARCH_ABI), armeabi-v7a)
LOCAL_CFLAGS += -march=armv7-a -mfloat-abi=softfp -mfpu=vfpv3-d16
endif
 
# 特定于 arm64-v8a 的编译选项
ifeq ($(TARGET_ARCH_ABI), arm64-v8a)
LOCAL_CFLAGS += -march=armv8-a
endif
 
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

使用 CMake

在 CMake 中，可以使用条件语句来为不同 ABI 架构设置不同的编译选项：

if (ANDROID_ABI STREQUAL "armeabi-v7a")
set(CMAKE_C_FLAGS "${CMAKE_C_FLAGS} -march=armv7-a -mfloat-abi=softfp -mfpu=vfpv3-d16")
elseif (ANDROID_ABI STREQUAL "arm64-v8a")
set(CMAKE_C_FLAGS "${CMAKE_C_FLAGS} -march=armv8-a")
endif()

介绍预编译库的使用方式

预编译库是在 Android 应用之外预先构建好的 .so 文件，通常用于复用第三方库而不必重新编译。要在 Android 应用中使用预编译库，可以按照以下步骤操作：

  1. 下载预编译库：从供应商处获取针对不同 ABI 架构的 .so 文件。
  2. 放置库文件：将 .so 文件放在 jniLibs 目录下的相应子目录内，例如 jniLibs/armeabi-v7a/libexample.so。
  3. 在 Gradle 文件中声明库：在 build.gradle 文件中声明预编译的 .so 文件：
android {
defaultConfig {
//...
ndk {
abiFilters 'armeabi-v7a', 'arm64-v8a'
}
}
}
 
dependencies {
implementation files('libs/libexample.so')
}
  1. 声明 native 方法：在 Java 代码中声明 native 方法，并在 C/C++ 代码中实现它们。

解释一下如何使用预处理器宏

预处理器宏是 C/C++ 编译前处理的一部分，可以在编译之前对源代码进行替换。宏定义可以通过 #define 语句来创建，例如：

#define MY_MACRO 10

宏也可以包含条件判断：

#ifdef __ARM_ARCH
#define MY_MACRO_ARM 10
#endif

在 Android NDK 中，宏常用于区分不同的平台和 ABI 架构，例如：

#if defined(__arm__)
#define MY_MACRO_ARM 10
#elif defined(__aarch64__)
#define MY_MACRO_ARM64 10
#else
#define MY_MACRO_GENERIC 10
#endif

如何使用NDK进行性能分析

使用 Android NDK 进行性能分析主要包括以下几个步骤：

  1. 收集性能数据：可以使用 perf 工具来收集 CPU 性能数据。
perf record -F 99 -a -g -p <pid> &
  1. 分析数据：使用 perf report 分析收集的数据，可以查看热点函数。
perf report --stdio
  1. 查看汇编代码：使用 ndk-stack 将栈跟踪转换为 Java/C/C++ 调用堆栈。
ndk-stack -d -s <perf.data>
  1. 使用 Android Studio：Android Studio 内置了性能分析工具，如 Profiler，可以直接进行性能分析。

描述一下JNI中的线程模型

JNI 支持 Java 线程模型，允许从 C/C++ 代码创建和管理 Java 线程。JNI 提供了以下方法来处理线程：

  • Attach 线程：将本地线程附加到 JVM 上，使其能够调用 Java 方法。
  • Detach 线程：将本地线程从 JVM 上分离。
  • CreateThread：创建新的 Java 线程。

如何在C/C++中处理Java的线程

在 C/C++ 中处理 Java 线程通常涉及到以下几个步骤：

  1. Attach 线程：使用 AttachCurrentThread 方法将本地线程附加到 JVM 上。
JNIEnv *env;
jint result = g_jvm->AttachCurrentThread(&env, NULL);
if (result != JNI_OK) {
    // 错误处理
}
  1. Detach 线程：当线程不再需要访问 Java 对象时，调用 DetachCurrentThread 方法。
g_jvm->DetachCurrentThread();
  1. 创建 Java 线程：使用 NewGlobalRef 创建 Java 线程的全局引用，然后调用 NewThread 创建线程。
jclass threadClass = env->FindClass("java/lang/Thread");
jmethodID constructor = env->GetMethodID(threadClass, "<init>", "(Ljava/lang/Runnable;)V");
jobject runnable = /* 创建 Runnable 实例 */;
jobject thread = env->NewObject(threadClass, constructor, runnable);
env->CallVoidMethod(thread, startMethod);

举例说明如何在NDK中使用JNI Threading API

下面是一个简单的例子，展示如何使用 JNI Threading API 在 C/C++ 中创建并启动一个新的 Java 线程：

#include <jni.h>
 
// 定义 Java 方法签名
static const char *const kStartSignature = "(Ljava/lang/Runnable;)V";
 
// 定义 Java 方法 ID
static jmethodID g_startMethodID;
 
// 创建 Java Runnable 类
static jobject createRunnable(JNIEnv *env, jobject context) {
jclass runnableClass = env->FindClass("java/lang/Runnable");
jmethodID constructor = env->GetMethodID(runnableClass, "<init>", "()V");
return env->NewObject(runnableClass, constructor);
}
 
// 启动 Java 线程
void JNICALL Java_com_example_myapp_NativeCode_startThread(JNIEnv *env, jobject thiz) {
// 获取 Java Thread 类
jclass threadClass = env->FindClass("java/lang/Thread");
 
// 获取 Thread.start() 方法
g_startMethodID = env->GetMethodID(threadClass, "start", "()V");
 
// 创建 Runnable 实例
jobject runnable = createRunnable(env, thiz);
 
// 创建 Thread 实例
jobject thread = env->NewObject(threadClass, env->GetMethodID(threadClass, "<init>", "(Ljava/lang/Runnable;)V"), runnable);
 
// 启动线程
env->CallVoidMethod(thread, g_startMethodID);
}

在这个例子中，我们定义了一个 Java 方法 startThread，该方法在 C/C++ 层创建一个新的 Java 线程。我们首先查找 Runnable 和 Thread 类，并创建一个新的 Runnable 实例，然后使用这个实例创建一个新的 Thread 对象并启动它。

介绍几种常见的JNI线程安全问题及解决方案

JNI 中的线程安全问题是常见的问题之一，特别是当多个线程同时访问共享的 Java 对象或全局引用时。以下是一些常见的问题及其解决方案：

共享全局引用

  • 问题：多个线程同时访问同一个全局引用可能导致数据竞争和不一致状态。
  • 解决方案：使用互斥锁（如 pthread_mutex_t）保护对全局引用的访问，确保任何时候只有一个线程可以访问。
#include <jni.h>
#include <pthread.h>
 
pthread_mutex_t globalMutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
 
jobject gGlobalRef;
 
void safeAccessGlobalRef(JNIEnv *env) {
pthread_mutex_lock(&globalMutex);
// 访问 gGlobalRef
pthread_mutex_unlock(&globalMutex);
}

Java 对象生命周期管理

  • 问题：Java 对象可能在 C/C++ 代码仍在使用时被垃圾回收。
  • 解决方案：使用 NewGlobalRef 创建强引用，或者使用 NewWeakGlobalRef 创建弱引用，并在不再需要时使用 DeleteGlobalRef 或 DeleteWeakGlobalRef 释放引用。
jobject createStrongReference(JNIEnv *env, jobject obj) {
return env->NewGlobalRef(obj);
}
 
void releaseStrongReference(JNIEnv *env, jobject ref) {
env->DeleteGlobalRef(ref);
}

Java 对象引用的生命周期

  • 问题：在本地线程结束前没有正确地销毁 Java 对象引用。
  • 解决方案：确保在本地线程结束时销毁所有 Java 对象引用。
void detachAndCleanup(JNIEnv *env) {
// 清理所有 Java 对象引用
env->DeleteLocalRef(...);
env->DeleteGlobalRef(...);
// 从 JVM 中分离线程
g_jvm->DetachCurrentThread();
}

如何在C/C++中访问Android的文件系统

在 C/C++ 中访问 Android 文件系统通常涉及以下几个步骤：

  1. 确定文件路径：根据所需访问的文件类型（如应用私有数据、外部存储等），确定正确的路径。
  2. 使用标准 I/O 函数：使用 C/C++ 的标准文件 I/O 函数（如 fopen, fwrite, fread 等）来操作文件。
  3. 使用 Android API：通过 JNI 调用 Android 的文件系统 API。

访问应用私有数据

  • 路径：/data/data/<package_name>/files/
#include <stdio.h>
 
void writeToFile(const char *content) {
FILE *file = fopen("/data/data/com.example.app/files/myfile.txt", "w");
if (file) {
fwrite(content, strlen(content), 1, file);
fclose(file);
}
}

访问外部存储

  • 路径：/storage/emulated/0/ 或 /sdcard/
#include <stdio.h>
 
void writeToFileExternal(const char *content) {
FILE *file = fopen("/storage/emulated/0/myfile.txt", "w");
if (file) {
fwrite(content, strlen(content), 1, file);
fclose(file);
}
}

什么是JNI自动加载？它是如何工作的？

JNI自动加载 是 Android NDK 中的一个特性，它允许在不显式调用 AttachCurrentThread 的情况下，从本地线程访问 Java 对象。这是通过 Android Runtime (ART) 在后台自动完成的，提高了代码的便利性和效率。

  • 自动加载的工作原理：
    • 当本地线程首次尝试访问 Java 对象时，ART 会自动将该线程附加到 JVM。
    • ART 会为每个本地线程创建一个临时的 JNIEnv 指针。
    • 一旦本地线程完成 Java 对象的访问，ART 会自动将线程从 JVM 分离。
  • 启用自动加载：
    • 在 Android.mk 或 CMakeLists.txt 中设置 LOCAL_ENABLE_JNI 为 yes。
    • 使用 GetJavaVM 获取 JavaVM 指针。
#include <jni.h>
 
JavaVM *g_jvm;
 
void initJavaVM(JavaVM *vm) {
g_jvm = vm;
}
 
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_myapp_NativeCode_initNative(JNIEnv *env, jobject thiz, JavaVM *vm) {
initJavaVM(vm);
}

描述一下JNI绑定机制

JNI绑定机制 是 Java 和 C/C++ 代码之间的一种桥梁，它允许 Java 代码调用 C/C++ 函数，反之亦然。这个机制主要包括以下几个方面：

  1. 声明 native 方法：在 Java 代码中声明 native 方法。
public class MyClass {
    public native void nativeMethod();
}
  1. 实现 native 方法：在 C/C++ 代码中实现这些方法。
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_myclass_MyClass_nativeMethod(JNIEnv *env, jobject thiz) {
    // 实现 native 方法
}
  1. JNI函数映射：每个 Java 方法都有对应的 JNI 函数，通过 JNIEnv 指针调用。
  2. 类型转换：Java 和 C/C++ 之间的数据类型需要进行转换。
  3. 引用管理：使用 NewLocalRef, NewGlobalRef 等管理 Java 对象引用。

如何处理多版本兼容性问题

处理多版本兼容性问题通常涉及以下几个策略：

  1. 使用条件编译：根据编译时的条件（如 Android 版本）选择性地包含代码。
#if __ANDROID_API__ >= 21
#include <android/native_window_jni.h>
#endif
  1. 动态加载库：使用 dlopen, dlsym 动态加载和访问库中的函数。
void *handle = dlopen("libmylibrary.so", RTLD_NOW);
if (handle) {
typedef void (*MyFunc)();
MyFunc func = (MyFunc)dlsym(handle, "myFunction");
if (func) {
func();
}
dlclose(handle);
}
  1. API抽象层：创建一个封装不同版本 API 的抽象层。
typedef struct {
void (*myFunction)(JNIEnv *env, jobject thiz);
} MyApi;
 
MyApi my_api;
 
void initMyApi(JNIEnv *env) {
my_api.myFunction = (void (*)(JNIEnv *, jobject))env->GetStaticMethodID(...);
}
 
void callMyFunction(JNIEnv *env, jobject thiz) {
my_api.myFunction(env, thiz);
}

介绍几种NDK开发中的设计模式

在 NDK 开发中，设计模式可以提高代码质量和可维护性。以下是一些常见的设计模式：

  • 单例模式：确保类只有一个实例，并提供一个全局访问点。
#include <jni.h>
#include <mutex>
 
class Singleton {
public:
static Singleton& getInstance() {
static Singleton instance;
return instance;
}
 
private:
Singleton() {}
~Singleton() {}
 
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
};
  • 工厂模式：封装对象创建细节，提供统一的创建接口。
#include <jni.h>
 
class ShapeFactory {
public:
static jobject createShape(JNIEnv *env, int type) {
switch (type) {
case 1:
return env->NewObject(...); // Circle
case 2:
return env->NewObject(...); // Square
default:
return nullptr;
}
}
};
  • 适配器模式：将一个类的接口转换为客户期望的另一个接口。
#include <jni.h>
 
class JavaInterfaceAdapter {
public:
JavaInterfaceAdapter(JNIEnv *env, jobject obj) {
// 获取 Java 对象的引用
jClass = env->GetObjectClass(obj);
// 获取方法 ID
jMethodID = env->GetMethodID(jClass, "doSomething", "()V");
}
 
void doSomething() {
// 调用 Java 方法
env->CallVoidMethod(obj, jMethodID);
}
 
private:
jclass jClass;
jmethodID jMethodID;
};

举例说明如何使用NDK进行图形处理

使用 NDK 进行图形处理通常涉及 OpenGL ES 或 Vulkan。以下是一个简单的 OpenGL ES 2.0 的例子：

#include <jni.h>
#include <EGL/egl.h>
#include <GLES2/gl2.h>
 
void setupOpenGL(JNIEnv *env, jobject thiz) {
// 创建 EGL 显示
EGLDisplay display = eglGetDisplay(EGL_DEFAULT_DISPLAY);
eglInitialize(display, NULL, NULL);
 
// 创建配置
EGLint config_attribs[] = {EGL_RENDERABLE_TYPE, EGL_OPENGL_ES2_BIT, EGL_NONE};
EGLConfig config;
EGLint num_configs;
eglChooseConfig(display, config_attribs, &config, 1, &num_configs);
 
// 创建上下文
EGLint context_attribs[] = {EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 2, EGL_NONE};
EGLContext context = eglCreateContext(display, config, EGL_NO_CONTEXT, context_attribs);
 
// 创建表面
EGLSurface surface = eglCreatePbufferSurface(display, config, NULL);
 
// 绑定上下文
eglMakeCurrent(display, surface, surface, context);
 
// 绘制一个三角形
GLfloat vertices[] = {
-0.5f, -0.5f, 0.0f,
f, -0.5f, 0.0f,
f,  0.5f, 0.0f
};
 
GLuint vbo;
glGenBuffers(1, &vbo);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
 
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, 0);
glEnableVertexAttribArray(0);
 
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
 
// 清理
eglDestroySurface(display, surface);
eglDestroyContext(display, context);
eglTerminate(display);
}

JNI中的JNIEnv指针代表什么

JNIEnv 指针是 JNI 环境的指针，它提供了与 Java 虚拟机交互所需的函数和数据结构。JNIEnv 指针允许 C/C++ 代码访问 Java 对象和类，并调用 Java 方法。JNIEnv 指针包含了以下功能：

  • 类型转换：将 Java 数据类型转换为 C/C++ 数据类型。
  • 对象管理：创建、获取和销毁 Java 对象引用。
  • 方法调用：调用 Java 方法。
  • 字段访问：读取和写入 Java 字段。
  • 异常处理：抛出和捕获 Java 异常。

JNIEnv 指针是每个本地线程特有的，并且必须在每次调用 JNI 函数时作为第一个参数传递。例如：

JNIEnv *env;
jint result = g_jvm->AttachCurrentThread(&env, NULL);
if (result == JNI_OK) {
    // 使用 env 调用 JNI 函数
    env->CallVoidMethod(...);
    g_jvm->DetachCurrentThread();
}

什么是JNI的签名约定？给出一个例子

JNI 的签名约定定义了 Java 方法和字段在 C/C++ 中的表示方式。JNI 使用了一种特殊的字符串格式来表示 Java 类型，这称为 signature。签名约定用于 JNI 函数，比如 GetMethodID 和 GetFieldID 等，以便正确识别 Java 方法和字段的类型。

签名约定 包括以下规则：

  • 基本类型：Java 的基本类型在 JNI 中有不同的表示方式。例如，int 类型在 Java 中对应的是 I，而在 JNI 中则表示为 jint。
  • 数组类型：数组类型的签名以 [ 开始，后跟元素类型的签名。例如，int[] 在 Java 中表示为 [I，而在 JNI 中表示为 jintArray。
  • 对象类型：对象类型的签名以 L 开始，后面跟着完整的类名，然后以 ; 结束。例如，java.lang.String 类型在 Java 中表示为 Ljava/lang/String;，而在 JNI 中表示为 jstring。

示例

假设我们有一个 Java 类 com.example.MyClass，其中包含一个名为 addNumbers 的方法，该方法接受两个整数并返回一个整数。我们可以使用 JNI 签名约定来表示这个方法：

public class MyClass {
    public int addNumbers(int x, int y) {
        return x + y;
    }
}

在 JNI 中，我们可以使用以下签名字符串来表示 addNumbers 方法：

const char *methodSignature = "(II)I";

这里 (II) 表示方法接受两个 int 类型的参数，I 表示返回值也是 int 类型。

什么是JNI中的局部引用？它与全局引用有何不同

局部引用 和 全局引用 都是在 JNI 中管理 Java 对象引用的方式，它们的主要区别在于作用域和生命周期。

  • 局部引用：局部引用是在调用 JNI 函数期间创建的，它的生命周期仅限于创建它的本地方法。当本地方法返回时，所有局部引用都会自动被垃圾回收。
  • 全局引用：全局引用是长期存在的引用，即使本地方法已经返回，全局引用仍然有效。全局引用需要手动释放，否则可能导致内存泄漏。

示例

假设我们有一个 Java 类 com.example.MyClass，其中包含一个返回 String 的方法 getName，我们可以使用局部引用和全局引用来获取该方法的结果。

#include <jni.h>
 
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_example_MyClass_getName(JNIEnv *env, jobject thisObj) {
jclass cls = env->GetObjectClass(thisObj);
jmethodID methodId = env->GetMethodID(cls, "getName", "()Ljava/lang/String;");
 
// 使用局部引用
jstring name = (jstring)env->CallObjectMethod(thisObj, methodId);
 
// 使用全局引用
jstring globalName = (jstring)env->NewGlobalRef(name);
 
// 处理 name 和 globalName
 
// 释放局部引用
env->DeleteLocalRef(name);
 
// 释放全局引用
env->DeleteGlobalRef(globalName);
 
return name; // 局部引用会在方法返回时自动释放
}

如何在JNI中获取Java对象的字段ID

在 JNI 中，可以通过 GetFieldID 函数来获取 Java 对象字段的 ID。首先需要获得 Java 对象的类，然后使用该类和字段名称以及签名来获取字段 ID。

示例

假设我们有一个 Java 类 com.example.Person，其中包含一个名为 age 的整数字段，我们可以这样获取该字段的 ID：

#include <jni.h>
 
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_Person_setAge(JNIEnv *env, jobject thisObj, jint age) {
jclass cls = env->GetObjectClass(thisObj);
jfieldID fieldId = env->GetFieldID(cls, "age", "I");
 
// 设置字段值
env->SetIntField(thisObj, fieldId, age);
}

什么是JNI中的方法ID？如何获取它

方法ID (jmethodID) 是 JNI 提供的一个句柄，用于标识 Java 方法。要获取方法 ID，我们需要知道方法所在的 Java 类、方法名以及方法的签名。

示例

假设我们有一个 Java 类 com.example.MyClass，其中包含一个名为 sayHello 的方法，我们可以这样获取该方法的 ID：

#include <jni.h>
 
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_MyClass_sayHello(JNIEnv *env, jobject thisObj) {
jclass cls = env->GetObjectClass(thisObj);
jmethodID methodId = env->GetMethodID(cls, "sayHello", "()V");
 
// 调用方法
env->CallVoidMethod(thisObj, methodId);
}

如何在JNI中调用Java类的构造函数

在 JNI 中，可以通过 GetMethodID 函数获取构造函数的方法 ID，然后使用 NewObject 或 NewObjectA 函数来调用构造函数。

示例

假设我们有一个 Java 类 com.example.Person，其中包含一个带有 String 参数的构造函数，我们可以这样调用它：

#include <jni.h>
 
JNIEXPORT jobject JNICALL Java_com_example_Person_newPerson(JNIEnv *env, jstring name) {
jclass cls = env->FindClass("com/example/Person");
jmethodID constructorId = env->GetMethodID(cls, "<init>", "(Ljava/lang/String;)V");
 
// 创建新对象
jobject person = env->NewObject(cls, constructorId, name);
 
return person;
}

如何在JNI中调用Java类的静态方法

在 JNI 中，可以通过 GetStaticMethodID 函数获取静态方法的方法 ID，然后使用 CallStaticXXXMethod 系列函数来调用静态方法。

示例

假设我们有一个 Java 类 com.example.MyClass，其中包含一个名为 printMessage 的静态方法，我们可以这样调用它：

#include <jni.h>
 
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_MyClass_printMessage(JNIEnv *env, jstring message) {
jclass cls = env->FindClass("com/example/MyClass");
jmethodID staticMethodId = env->GetStaticMethodID(cls, "printMessage", "(Ljava/lang/String;)V");
 
// 调用静态方法
env->CallStaticVoidMethod(cls, staticMethodId, message);
}

举例说明如何在JNI中传递Java对象作为参数

在 JNI 中，可以通过将 Java 对象作为参数传递给本地方法来使用 Java 对象。Java 对象在 JNI 中表示为 jobject。

示例

假设我们有一个 Java 类 com.example.MyClass，其中包含一个名为 processObject 的方法，该方法接受另一个 Java 对象 com.example.Data 作为参数，我们可以这样调用它：

#include <jni.h>
 
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_MyClass_processObject(JNIEnv *env, jobject thisObj, jobject dataObj) {
jclass cls = env->GetObjectClass(thisObj);
jmethodID methodId = env->GetMethodID(cls, "processObject", "(Lcom/example/Data;)V");
 
// 调用方法
env->CallVoidMethod(thisObj, methodId, dataObj);
}

如何在JNI中创建新的Java对象

在 JNI 中，可以通过调用 Java 类的构造函数来创建新的 Java 对象。这通常涉及到获取构造函数的方法 ID，然后使用 NewObject 或 NewObjectA 函数来创建对象。

示例

假设我们有一个 Java 类 com.example.MyClass，其中包含一个无参构造函数，我们可以这样创建一个新的对象：

#include <jni.h>
 
JNIEXPORT jobject JNICALL Java_com_example_MyClass_newObject(JNIEnv *env) {
jclass cls = env->FindClass("com/example/MyClass");
jmethodID constructorId = env->GetMethodID(cls, "<init>", "()V");
 
// 创建新对象
jobject newObj = env->NewObject(cls, constructorId);
 
return newObj;
}

如何在JNI中释放Java对象

在 JNI 中，可以通过调用 DeleteLocalRef 或 DeleteGlobalRef 函数来释放 Java 对象引用。

  • 局部引用 可以使用 DeleteLocalRef 来释放。
  • 全局引用 则需要使用 DeleteGlobalRef 来释放。

示例

假设我们有一个 Java 类 com.example.MyClass，我们创建了一个全局引用，然后需要释放它：

#include <jni.h>
 
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_MyClass_releaseObject(JNIEnv *env, jobject thisObj) {
jclass cls = env->GetObjectClass(thisObj);
jmethodID methodId = env->GetMethodID(cls, "createObject", "()Lcom/example/MyClass;");
 
jobject obj = (jobject)env->CallObjectMethod(thisObj, methodId);
jobject globalRef = env->NewGlobalRef(obj);
 
// 使用 globalRef
 
// 释放全局引用
env->DeleteGlobalRef(globalRef);
 
// 释放局部引用
env->DeleteLocalRef(obj);
}

如何在JNI中处理基本数据类型的转换

在 JNI 中，基本数据类型如整数、浮点数等可以直接通过 JNI 的类型映射进行转换。JNI 提供了一系列函数来帮助在 Java 和 C/C++ 之间转换这些基本类型。以下是一些常见基本类型的转换示例：

整数类型

  • Java：byte, short, int, long
  • JNI：jbyte, jshort, jint, jlong
  • C/C++：signed char, short, int, long long

浮点类型

  • Java：float, double
  • JNI：jfloat, jdouble
  • C/C++：float, double

布尔类型

  • Java：boolean
  • JNI：jboolean
  • C/C++：unsigned char

字符类型

  • Java：char
  • JNI：jchar
  • C/C++：unsigned short

示例

假设我们有一个 Java 类 com.example.MyClass，其中包含一个名为 sumNumbers 的方法，该方法接收两个整数并返回它们的和：

public class MyClass {
    public int sumNumbers(int a, int b) {
        return a + b;
    }
}

在 C/C++ 中，我们可以这样实现该方法：

#include <jni.h>
 
JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_example_MyClass_sumNumbers(JNIEnv *env, jobject thisObj, int a, jint b) {
    return a + b;
}

如何在JNI中处理字符串类型

在 JNI 中，字符串类型通过 jstring 类型表示。jstring 是 Java String 类的句柄。可以通过 GetStringUTFChars 和 ReleaseStringUTFChars 函数来获取和释放字符串。

示例

假设我们有一个 Java 类 com.example.MyClass，其中包含一个名为 reverseString 的方法，该方法接收一个字符串并返回它的逆序：

public class MyClass {
    public String reverseString(String str) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder(str);
        return sb.reverse().toString();
    }
}

在 C/C++ 中，我们可以这样实现该方法：

#include <jni.h>
#include <string.h>
 
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_example_MyClass_reverseString(JNIEnv *env, jobject thisObj, jstring str) {
const char *strChars = env->GetStringUTFChars(str, NULL);
if (!strChars) {
return NULL;
}
 
char *reversedStr = (char *)malloc(strlen(strChars) + 1);
if (!reversedStr) {
env->ReleaseStringUTFChars(str, strChars);
return NULL;
}
 
for (int i = 0, j = strlen(strChars) - 1; i <= j; ++i, --j) {
reversedStr[i] = strChars[j];
}
reversedStr[strlen(strChars)] = '\0';
 
jstring result = env->NewStringUTF(reversedStr);
free(reversedStr);
env->ReleaseStringUTFChars(str, strChars);
 
return result;
}

举例说明如何在JNI中处理数组类型

在 JNI 中，数组类型可以通过 jarray 类型表示。对于基本类型的数组，JNI 提供了特定的数组类型，如 jbyteArray, jshortArray, jintArray, jlongArray, jfloatArray, jdoubleArray, jbooleanArray, 和 jcharArray。

示例

假设我们有一个 Java 类 com.example.MyClass，其中包含一个名为 sumIntArray 的方法，该方法接收一个整数数组并返回它们的总和：

public class MyClass {
public int sumIntArray(int[] arr) {
int sum = 0;
for (int i : arr) {
sum += i;
}
return sum;
}
}

在 C/C++ 中，我们可以这样实现该方法：

#include <jni.h>
 
JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_example_MyClass_sumIntArray(JNIEnv *env, jobject thisObj, jintArray arr) {
jint *arrPtr = env->GetIntArrayElements(arr, NULL);
if (!arrPtr) {
return 0;
}
 
jint length = env->GetArrayLength(arr);
jint sum = 0;
for (int i = 0; i < length; i++) {
sum += arrPtr[i];
}
 
env->ReleaseIntArrayElements(arr, arrPtr, 0);
 
return sum;
}

如何在JNI中处理复杂数据结构

处理复杂数据结构，如自定义对象或集合，通常涉及获取类和字段的信息，以及调用构造函数和方法。

示例

假设我们有一个 Java 类 com.example.Person，其中包含两个字段 name 和 age，以及一个构造函数和一个方法：

public class Person {
private String name;
private int age;
 
public Person(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
 
public String getName() {
return name;
}
 
public int getAge() {
return age;
}
}

在 C/C++ 中，我们可以这样创建一个新的 Person 对象并获取其属性：

#include <jni.h>
 
JNIEXPORT jobject JNICALL Java_com_example_MyClass_createPerson(JNIEnv *env, jobject thisObj, jstring name, jint age) {
jclass personCls = env->FindClass("com/example/Person");
jmethodID constructor = env->GetMethodID(personCls, "<init>", "(Ljava/lang/String;I)V");
jobject person = env->NewObject(personCls, constructor, name, age);
 
jmethodID getName = env->GetMethodID(personCls, "getName", "()Ljava/lang/String;");
jmethodID getAge = env->GetMethodID(personCls, "getAge", "()I");
 
jstring personName = (jstring)env->CallObjectMethod(person, getName);
jint personAge = env->CallIntMethod(person, getAge);
 
// 处理 personName 和 personAge
// ...
 
return person;
}

举例说明如何在JNI中处理枚举类型

在 JNI 中，枚举类型可以通过 Java enum 类型来表示。可以通过获取枚举类和调用 values 方法来获取枚举值。

示例

假设我们有一个 Java 枚举 com.example.Color：

public enum Color {
    RED, GREEN, BLUE
}

在 C/C++ 中，我们可以这样获取枚举值：

#include <jni.h>
 
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_example_MyClass_getColor(JNIEnv *env, jobject thisObj, jint colorIndex) {
jclass colorCls = env->FindClass("com/example/Color");
jmethodID valuesMethod = env->GetStaticMethodID(colorCls, "values", "()[Lcom/example/Color;");
jobjectArray colors = (jobjectArray)env->CallStaticObjectMethod(colorCls, valuesMethod);
 
jobject color = env->GetObjectArrayElement(colors, colorIndex);
jmethodID toStringMethod = env->GetMethodID(colorCls, "toString", "()Ljava/lang/String;");
jstring colorStr = (jstring)env->CallObjectMethod(color, toStringMethod);
 
env->DeleteLocalRef(colors);
env->DeleteLocalRef(color);
 
return colorStr;
}

举例说明如何在JNI中抛出Java异常

在 JNI 中，可以通过 ThrowNew 函数来抛出 Java 异常。

示例

假设我们有一个 Java 类 com.example.MyException：

public class MyException extends Exception {
    public MyException(String message) {
        super(message);
    }
}

在 C/C++ 中，我们可以这样抛出 MyException：

#include <jni.h>
 
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_MyClass_throwException(JNIEnv *env, jobject thisObj, jstring message) {
jclass exceptionCls = env->FindClass("com/example/MyException");
jmethodID constructor = env->GetMethodID(exceptionCls, "<init>", "(Ljava/lang/String;)V");
env->ThrowNew(exceptionCls, message);
}

如何在JNI中捕获Java异常

在 JNI 中，可以通过 ExceptionCheck 和 ExceptionDescribe 函数来检查和捕获 Java 异常。

示例

假设我们有一个 Java 类 com.example.MyClass，其中包含一个可能抛出异常的方法：

public class MyClass {
    public void methodThatMayThrow() throws IOException {
        throw new IOException("An error occurred.");
    }
}

在 C/C++ 中，我们可以这样捕获异常：

#include <jni.h>
 
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_MyClass_handleException(JNIEnv *env, jobject thisObj) {
jclass cls = env->GetObjectClass(thisObj);
jmethodID methodId = env->GetMethodID(cls, "methodThatMayThrow", "()V");
 
env->CallVoidMethod(thisObj, methodId);
 
if (env->ExceptionCheck()) {
env->ExceptionDescribe();
env->ExceptionClear();
}
}

举例说明如何在JNI中使用日志记录

在 JNI 中，可以使用 __android_log_print 函数来进行日志记录。

示例

在 C/C++ 中，我们可以这样记录日志：

#include <android/log.h>
 
#define LOG_TAG "MyApp"
 
void logInfo(const char *message) {
__android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, LOG_TAG, "%s", message);
}
 
void logError(const char *message) {
__android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, LOG_TAG, "%s", message);
}

如何在JNI中使用断言

在 JNI 中，可以使用 assert 函数来进行断言检查。但是需要注意的是，如果断言失败，通常会导致程序崩溃。

示例

在 C/C++ 中，我们可以这样使用断言：

#include <jni.h>
#include <cassert>
 
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_MyClass_checkCondition(JNIEnv *env, jobject thisObj, jint value) {
assert(value > 0);
}

举例说明如何使用gdb调试JNI代码

使用 gdb 调试 JNI 代码通常涉及以下几个步骤：

  1. 构建可调试的二进制文件：确保在构建时包含调试信息。
  2. 启动 gdb：在终端中启动 gdb。
  3. 加载符号表：使用 symbol-file 命令加载符号表。
  4. 设置断点：使用 break 命令在特定的函数或行设置断点。
  5. 运行程序：使用 run 命令运行程序。
  6. 单步执行：使用 step 或 next 命令逐行执行代码。
  7. 检查变量：使用 print 命令显示变量的值。
  8. 继续执行：使用 continue 命令继续执行直到下一个断点。
  9. 退出 gdb：使用 quit 命令退出 gdb。

示例

假设我们有一个 Java 类 com.example.MyClass，其中包含一个名为 JNIExample 的方法，该方法调用了一个本地方法：

public class MyClass {
public void JNIExample() {
nativeExample();
}
 
public native void nativeExample();
}

在 C/C++ 中，我们可以这样实现该方法：

#include <jni.h>
 
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_MyClass_nativeExample(JNIEnv *env, jobject thisObj) {
// 断点设置在这里
int x = 5;
int y = 10;
int z = x + y;
}

在终端中使用 gdb 调试上述代码：

gdb ./libmylibrary.so
(gdb) symbol-file /path/to/symbols.sym
(gdb) break Java_com_example_MyClass_nativeExample
(gdb) run
(gdb) step
(gdb) print x
(gdb) print y
(gdb) continue
(gdb) quit

介绍几种NDK开发中的最佳实践

在使用 NDK 进行 Android 应用开发时，遵循一些最佳实践可以帮助提高代码质量、性能和可维护性。以下是一些重要的最佳实践：

  1. 使用JNI自动加载：启用自动加载可以减少手动管理线程和环境的开销。在 Android.mk 或 CMakeLists.txt 中设置 LOCAL_ENABLE_JNI 为 yes。
  2. 减少JNI调用：频繁的 JNI 调用会导致性能下降，尽量减少跨语言边界调用的次数。
  3. 合理管理引用：正确使用局部引用、全局引用和弱引用，并在不再需要时及时释放引用。
  4. 避免内存泄漏：确保所有分配的资源都被适当地释放，尤其是在处理文件和网络资源时。
  5. 使用标准库：尽可能利用 C/C++ 标准库的功能，而不是编写自己的实现。
  6. 缓存方法和字段ID：避免在每次调用时都重新获取方法和字段ID，可以在初始化时缓存这些ID。
  7. 使用线程池：避免直接创建新线程，而是使用线程池来管理线程，以提高资源利用率。
  8. 保持API向后兼容：在更新代码时考虑到向后兼容性，以支持不同版本的 Android。
  9. 使用现代C++特性：如果项目允许，使用C++11及以上版本，利用智能指针、范围for循环等现代特性。
  10. 遵循编码规范：保持代码风格一致，使用清晰的命名约定，添加适当的注释。

举例说明如何使用NDK进行游戏开发

使用 NDK 进行游戏开发通常涉及使用图形库如 OpenGL ES 或 Vulkan，以及物理引擎、音频引擎等。以下是一个简单的 OpenGL ES 2.0 游戏开发示例：

#include <jni.h>
#include <EGL/egl.h>
#include <GLES2/gl2.h>
 
void setupOpenGL(JNIEnv *env, jobject thiz) {
// 创建 EGL 显示
EGLDisplay display = eglGetDisplay(EGL_DEFAULT_DISPLAY);
eglInitialize(display, NULL, NULL);
 
// 创建配置
EGLint config_attribs[] = {EGL_RENDERABLE_TYPE, EGL_OPENGL_ES2_BIT, EGL_NONE};
EGLConfig config;
EGLint num_configs;
eglChooseConfig(display, config_attribs, &config, 1, &num_configs);
 
// 创建上下文
EGLint context_attribs[] = {EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 2, EGL_NONE};
EGLContext context = eglCreateContext(display, config, EGL_NO_CONTEXT, context_attribs);
 
// 创建表面
EGLSurface surface = eglCreatePbufferSurface(display, config, NULL);
 
// 绑定上下文
eglMakeCurrent(display, surface, surface, context);
 
// 绘制一个三角形
GLfloat vertices[] = {
-0.5f, -0.5f, 0.0f,
f, -0.5f, 0.0f,
f,  0.5f, 0.0f
};
 
GLuint vbo;
glGenBuffers(1, &vbo);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
 
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, 0);
glEnableVertexAttribArray(0);
 
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
 
// 清理
eglDestroySurface(display, surface);
eglDestroyContext(display, context);
eglTerminate(display);
}

描述一下如何使用NDK进行图像处理

使用 NDK 进行图像处理通常涉及使用 OpenCV 库或其他图像处理库。以下是一个简单的 OpenCV 图像处理示例：

#include <jni.h>
#include <opencv2/opencv.hpp>
 
using namespace cv;
 
void processImage(JNIEnv *env, jobject thiz, jstring imagePath) {
const char *path = env->GetStringUTFChars(imagePath, NULL);
 
// 加载图像
Mat image = imread(path, IMREAD_COLOR);
 
// 检查是否成功加载
if (image.empty()) {
env->ReleaseStringUTFChars(imagePath, path);
return;
}
 
// 图像处理
Mat grayImage;
cvtColor(image, grayImage, COLOR_BGR2GRAY);
 
// 保存处理后的图像
imwrite("output.jpg", grayImage);
 
// 释放资源
env->ReleaseStringUTFChars(imagePath, path);
}

举例说明如何使用NDK进行文件系统操作

使用 NDK 进行文件系统操作通常涉及使用 C/C++ 的标准文件 I/O 函数。以下是一个简单的文件读写示例：

#include <jni.h>
#include <stdio.h>
 
void readFile(JNIEnv *env, jobject thiz, jstring filePath) {
const char *path = env->GetStringUTFChars(filePath, NULL);
 
FILE *file = fopen(path, "r");
if (file) {
char buffer[256];
while (fgets(buffer, 256, file)) {
// 处理每一行
// ...
}
fclose(file);
}
 
env->ReleaseStringUTFChars(filePath, path);
}
 
void writeFile(JNIEnv *env, jobject thiz, jstring filePath, jstring content) {
const char *path = env->GetStringUTFChars(filePath, NULL);
const char *contentStr = env->GetStringUTFChars(content, NULL);
 
FILE *file = fopen(path, "w");
if (file) {
fputs(contentStr, file);
fclose(file);
}
 
env->ReleaseStringUTFChars(filePath, path);
env->ReleaseStringUTFChars(content, contentStr);
}

如何使用NDK进行数据库操作

使用 NDK 进行数据库操作通常涉及 SQLite。以下是一个简单的 SQLite 示例：

#include <jni.h>
#include <sqlite3.h>
 
void openDatabase(JNIEnv *env, jobject thiz, jstring dbPath) {
const char *path = env->GetStringUTFChars(dbPath, NULL);
 
sqlite3 *db;
int rc = sqlite3_open(path, &db);
if (rc) {
// 错误处理
} else {
// 数据库打开成功
// ...
}
 
sqlite3_close(db);
env->ReleaseStringUTFChars(dbPath, path);
}

介绍如何使用NDK进行传感器数据处理

在Android应用开发中，传感器数据处理通常涉及到对传感器事件的监听、数据采集与处理。使用NDK（Native Development Kit）进行传感器数据处理可以让开发者更高效地处理大量数据，尤其是在需要高性能计算的应用场景下。以下是如何使用NDK进行传感器数据处理的一些步骤：

  1. 注册传感器

首先，你需要在Java层注册传感器并监听传感器事件。这可以通过继承SensorEventListener并在其中实现相应的回调方法来完成。

  1. 传递数据到JNI

当传感器事件触发时，需要将原始数据传递给JNI层。可以通过JNI函数将传感器数据作为参数传递给C/C++函数。

  1. 数据处理

在C/C++层，你可以使用更高效的算法来处理传感器数据。例如，使用C/C++的数学库来执行快速傅里叶变换（FFT）或其他信号处理任务。

  1. 反馈处理结果

处理完数据后，可以通过JNI回调机制将处理结果反馈回Java层。

示例代码

#include <jni.h>
#include <sensor.h>
 
// 定义JNI函数，用于处理传感器数据
void JNICALL Java_com_example_sensors_SensorActivity_nativeProcessSensorData(JNIEnv *env, jobject thiz, jfloatArray sensorData) {
// 获取传感器数据
jfloat *data = env->GetFloatArrayElements(sensorData, nullptr);
 
// 数据处理
for (int i = 0; i < env->GetArrayLength(sensorData); ++i) {
data[i] *= 2.0f; // 示例：放大传感器数据
}
 
// 将修改后的数据返回到Java层
env->ReleaseFloatArrayElements(sensorData, data, JNI_COMMIT);
}

举例说明如何使用NDK进行位置服务

使用NDK进行位置服务主要是为了优化性能或者访问特定的硬件功能。以下是一个基本的示例，展示了如何在NDK中处理位置更新。

  1. 注册位置更新

在Java层，你需要注册位置监听器并定义一个JNI函数来接收位置更新。

  1. 传递位置数据

当收到新的位置更新时，通过JNI将经纬度数据传递给C/C++层。

  1. 处理位置数据

在C/C++层处理位置数据，比如计算距离或方向等。

  1. 返回结果

处理完毕后，将结果返回给Java层。

示例代码

#include <jni.h>
 
void JNICALL Java_com_example_location_LocationService_nativeHandleLocationUpdate(JNIEnv *env, jobject thiz, jdouble latitude, jdouble longitude) {
// 在这里处理位置数据
double distance = calculateDistance(latitude, longitude, referenceLatitude, referenceLongitude); // 假设calculateDistance是一个已经定义好的函数
 
// 将结果返回给Java层
jclass cls = env->GetObjectClass(thiz);
jmethodID methodID = env->GetMethodID(cls, "onDistanceCalculated", "(D)V");
env->CallVoidMethod(thiz, methodID, distance);
}

描述一下如何使用NDK进行跨平台开发

使用NDK进行跨平台开发意味着你可以使用相同的C/C++代码库在不同的操作系统上运行。这种方式适用于那些需要高性能或特定硬件访问的应用程序。

  1. 使用跨平台库

选择支持多个平台的第三方库，如OpenGL ES、OpenCV等。

  1. 共享核心逻辑

将应用的核心逻辑放在C/C++层，这样可以在不同的平台上共享。

  1. 平台特异性的封装

对于每个平台特有的功能，可以使用平台抽象层（PAL）或适配器模式进行封装。

  1. 测试和调试

确保在所有目标平台上进行充分的测试和调试。

介绍几种Android跨平台开发框架

  • React Native：使用JavaScript和React构建原生移动应用。
  • Flutter：使用Dart语言和Flutter框架构建高性能的用户界面。
  • Xamarin：使用C#和.NET Framework构建跨平台应用。
  • Cordova：基于HTML、CSS和JavaScript构建混合应用。

举例说明如何使用NDK进行iOS和Android之间的代码共享

在iOS和Android之间共享代码的一个常见方式是使用C/C++。这种方式允许你编写一次逻辑，然后在两个平台上使用。

  1. 编写共享逻辑

在C/C++中编写跨平台的核心业务逻辑。

  1. 接口定义

定义清晰的接口，以便于在不同平台上使用。

  1. 平台特定的绑定

为iOS和Android编写特定的JNI绑定代码。

示例代码

#include <jni.h>
 
// 定义一个通用的函数，用于在iOS和Android之间共享
void processSharedLogic(int value) {
// 处理逻辑
value *= 2;
// 返回处理结果
// ...
}

描述一下如何保护NDK代码免受逆向工程

保护NDK代码免受逆向工程包括多种技术和策略：

  1. 代码混淆

使用ProGuard或R8混淆工具混淆C/C++代码。

  1. 二进制代码保护

使用工具如Allatori、GuardSquare等来保护二进制代码。

  1. 动态加载代码

使用动态加载技术，在运行时加载代码，而不是静态链接。

  1. 硬件安全

利用安全硬件特性，如TEE（Trusted Execution Environment）。

介绍几种NDK安全机制

  • ASLR（Address Space Layout Randomization）：随机化内存布局，增加攻击难度。
  • Stack Canaries：检测栈溢出。
  • Control Flow Integrity (CFI)：确保控制流的完整性。
  • Pointer Authentication Codes (PAC)：防止控制流劫持攻击。

举例说明如何使用NDK进行数据加密

在NDK中使用数据加密通常涉及到使用强大的加密库，如OpenSSL。

  1. 导入加密库

将OpenSSL导入项目中。

  1. 实现加密逻辑

使用AES或其他加密算法实现数据加密逻辑。

示例代码

#include <jni.h>
#include <openssl/aes.h>
 
void JNICALL Java_com_example_security_SecurityUtils_nativeEncryptData(JNIEnv *env, jobject thiz, jbyteArray data, jbyteArray key) {
// 获取数据和密钥
jbyte *dataBytes = env->GetByteArrayElements(data, nullptr);
jbyte *keyBytes = env->GetByteArrayElements(key, nullptr);

// 初始化AES密钥
AES_KEY aesKey;
AES_set_encrypt_key(keyBytes, 128, &aesKey);
 
// 加密数据
AES_cbc_encrypt(dataBytes, dataBytes, env->GetArrayLength(data), &aesKey, keyBytes, AES_ENCRYPT);
 
// 释放资源
env->ReleaseByteArrayElements(data, dataBytes, 0);
env->ReleaseByteArrayElements(key, keyBytes, 0);
}

如何使用NDK进行代码混淆

使用NDK进行代码混淆主要涉及以下几个步骤：

  1. 选择混淆工具

选择适合C/C++代码的混淆工具，如Allatori或ProGuard。

  1. 配置混淆规则

定义混淆规则，指定哪些符号应该被混淆。

  1. 执行混淆

使用混淆工具对C/C++代码进行混淆。

  1. 测试混淆后的代码

确保混淆后的代码仍然能够正常工作。

示例配置文件

# ProGuard configuration file
-dontwarn
-dontnote
-dontpreverify
-assumenosideeffects class com.example.** { *; }
-renamesourcefileattribute SourceFile
-renameclass com.example.**.** -> com.example.**
-renameclass !com.example.**.** -> *
-keep public class * extends android.app.Activity
-keep public class * extends android.app.Application
-keep public class * extends android.app.Service
-keep public class * extends android.content.BroadcastReceiver
-keep public class * extends android.content.ContentProvider
-keep public class * extends android.preference.Preference
-keep public class com.android.vending.licensing.ILicensingService

请注意，以上代码示例是为了说明目的而提供的简化版，实际应用中可能需要更多的细节和错误处理。同时，混淆和加密策略也应当根据具体需求和安全等级来定制。

ABI 是 Application Binary Interface 的缩写

典型的 ABI 包含以下信息：

机器代码应使用的 CPU 指令集 运行时内存存储和加载的字节顺序 可执行二进制文件（例如程序和共享库）的格式，以及它们支持的内容类型（例如 .so） 用于解析内容与系统之间数据的各种约定。这些约定包括对齐限制，以及系统如何使用堆栈和在调用函数时注册 运行时可用于机器代码的函数符号列表 - 通常来自非常具体的库集 Android目前支持以下七种ABI：armeabi、armeabi-v7a、arm64-v8a、x86、x86_64、mips、mips64

arm64-v8a ,x86_64 这两个 ABI 应用并不是必须要做支持，手机一般都会提供自动兼容，像微信就是一个 armeabi打天下

资料

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Contributors: luokaiwen