JNI與Android VM之關係

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  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。VM在Android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Java與C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的/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()與JNI_OnUnload()函數之用途

    當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VM此C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的 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的/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)
        LOGE("ERROR: MediaPlayer native registration failed\n");
        goto bail;
    }
    if (register_android_media_MediaRecorder(env)
        LOGE("ERROR: MediaRecorder native registration failed\n");
        goto bail;
    }
    if (register_android_media_MediaScanner(env)
        LOGE("ERROR: MediaScanner native registration failed\n");
        goto bail;
    }
    if (register_android_media_MediaMetadataRetriever(env)
        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)
        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()函數與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()或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){
      ………
     }
在JNI_OnLoad()函數裡，就透過VM之指標而取得JNIEnv之指標值，並存入env指標變數裡，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的多執行緒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)
          ……….
   }
       }
這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，在Android的/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)
        LOGE("ERROR: MediaPlayer native registration failed\n");
        goto bail;
    }
  ……….
}
當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(即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。


本文来自ChinaUnix博客，如果查看原文请点：http://blog.chinaunix.net/u2/85805/showart_1924228.html