JNI 与 NDK 开发

NDK（Native Development Kit）是一组可以在 Android 应用中编写 C/C++ 代码的工具，可使用自己的源代码构建，也可利用现有的预构建库。

一、使用 NDK 的目的

• 从设备获取更好的性能，用于计算密集型应用（游戏、物理模拟等）；
• 复用自己或其他开发者的 C/C++ 库，便于跨平台；
• NDK 集成了 OpenSL、Vulkan 等 API 规范，实现 Java 层无法做到的功能（如提升音频性能）；
• 增加反编译难度。

二、JNI 数据类型

基本数据类型

Java 类型	Native 类型	符号属性	字长
boolean	jboolean	无符号	8 位
byte	jbyte	无符号	8 位
char	jchar	无符号	16 位
short	jshort	有符号	16 位
int	jint	有符号	32 位
long	jlong	有符号	64 位
float	jfloat	有符号	32 位
double	jdouble	有符号	64 位

引用数据类型

Java 引用类型	Native 类型	Java 引用类型	Native 类型
All objects	jobject	char[]	jcharArray
java.lang.Class	jclass	short[]	jshortArray
java.lang.String	jstring	int[]	jintArray
Object[]	jobjectArray	long[]	jlongArray
boolean[]	jbooleanArray	float[]	jfloatArray
byte[]	jbyteArray	double[]	jdoubleArray
java.lang.Throwable	jthrowable

三、String 字符串操作

JNI 函数	描述
GetStringChars / ReleaseStringChars	获得/释放指向 Unicode 编码字符串的指针
GetStringUTFChars / ReleaseStringUTFChars	获得/释放指向 UTF-8 编码字符串的指针
GetStringLength	返回 Unicode 编码字符串的长度
GetStringUTFLength	返回 UTF-8 编码字符串的长度
NewString	将 Unicode 编码的 C/C++ 字符串转换为 Java 字符串
NewStringUTF	将 UTF-8 编码的 C/C++ 字符串转换为 Java 字符串
GetStringCritical / ReleaseStringCritical	获得/释放指向字符串内容的指针
GetStringRegion	获取/设置 Unicode 编码字符串指定范围的内容
GetStringUTFRegion	获取/设置 UTF-8 编码字符串指定范围的内容

四、JNI 访问 Java 对象

public class MyJob {
    public static String JOB_STRING = "my_job";
    private int jobId;

    public MyJob(int jobId) { this.jobId = jobId; }
    public int getJobId() { return jobId; }
}

#include <jni.h>

extern "C"
JNIEXPORT jint JNICALL
Java_com_example_myjniproject_MainActivity_getJobId(JNIEnv *env, jobject thiz, jobject job) {

    // 根据实例获取 class 对象
    jclass jobClz = env->GetObjectClass(job);
    // 或根据类名获取
    jclass jobClz = env->FindClass("com/example/myjniproject/MyJob");

    // 获取属性 id
    jfieldID fieldId = env->GetFieldID(jobClz, "jobId", "I");
    // 获取静态属性 id
    jfieldID sFieldId = env->GetStaticFieldID(jobClz, "JOB_STRING", "Ljava/lang/String;");

    // 获取方法 id
    jmethodID methodId = env->GetMethodID(jobClz, "getJobId", "()I");
    // 获取构造方法 id
    jmethodID initMethodId = env->GetMethodID(jobClz, "<init>", "(I)V");

    // 根据属性 id 获取属性值
    jint id = env->GetIntField(job, fieldId);
    // 根据方法 id 调用方法
    jint id2 = env->CallIntMethod(job, methodId);

    // 创建新对象
    jobject newJob = env->NewObject(jobClz, initMethodId, 10);

    return id;
}

五、NDK 基础开发流程

1. Java 中声明 native 方法

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    static {
        System.loadLibrary("native-lib");
    }

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        Log.d("MainActivity", stringFromJNI());
    }

    private native String stringFromJNI();
}

2. 编写 C++ 实现

#include <jni.h>

extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_example_myjniproject_MainActivity_stringFromJNI(
        JNIEnv *env,
        jobject /* this */) {
    std::string hello = "Hello from C++";
    return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}

命名规则与要点：

• 函数名格式：Java_包名_类名_方法名；
• extern "C"：指定采用 C 语言的命名风格编译，否则 C 与 C++ 风格不同导致链接时找不到函数；
• JNIEnv*：指向 JNI 环境的指针，通过它访问 JNI 接口方法；
• jobject：表示 Java 对象中的 this；
• JNIEXPORT 和 JNICALL：JNI 定义的宏，可在 jni.h 中查到。

3. System.loadLibrary 加载流程

System.load() → Runtime.load0() → 调用 native 方法 nativeLoad → 实现中调用 dvmLoadNativeCode：

1. 如果 so 已加载过（findSharedLibEntry 命中），直接返回；
2. 未加载则 dlopen(pathName, RTLD_LAZY) 把 .so mmap 到进程空间；
3. 创建 SharedLib entry 加入列表；
4. dlsym(handle, "JNI_OnLoad") 查找并调用 so 的 JNI_OnLoad 方法，检查返回的 JNI 版本号（1.2/1.4/1.6）。

六、CMake 构建 NDK 项目

在 app/build.gradle 中配置：

android {
    defaultConfig {
        externalNativeBuild {
            cmake {
                cppFlags ""
            }
        }
        ndk {
            abiFilters 'arm64-v8a', 'armeabi-v7a'
        }
    }
    externalNativeBuild {
        cmake {
            path "CMakeLists.txt"
        }
    }
}

CMakeLists.txt：

# 定义 CMake 最低版本
cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)

# add_library() 添加库：native-lib 为库名，SHARED 表示动态库
add_library(native-lib SHARED src/main/cpp/native-lib.cpp)

# find_library 定位 NDK 库（log）
find_library(log-lib log)

# 将预构建库关联到自己的原生库
target_link_libraries(native-lib ${log-lib})

七、常用 NDK 原生 API

API 级别	关键原生 API	头文件
3	Java 原生接口	#include <jni.h>
3	Android 日志记录	#include <android/log.h>
5	OpenGL ES 2.0	#include <GLES2/gl2.h>
8	Android 位图 API	#include <android/bitmap.h>
9	OpenSL ES	#include <SLES/OpenSLES.h>
9	原生应用 API	#include <android/native_activity.h>
18	OpenGL ES 3.0	#include <GLES3/gl3.h>
21	原生媒体 API	#include <media/NdkMediaCodec.h>
24	原生相机 API	#include <camera/NdkCameraDevice.h>