深入浅出 Android JNI (一)1. 什么是 JNI？它为何而生？ JNI 的全称是 Java Native I

1. 什么是 JNI？它为何而生？

JNI 的全称是 Java Native Interface (Java 本地接口)。
核心使命：打破语言壁垒！ 它定义了一套标准规范，使得运行在 Java 虚拟机 (JVM) 中的 Java/Kotlin 代码 能够与 本地代码 (Native Code，通常是 C 或 C++) 进行安全、高效的双向通信。
为什么需要 JNI？纯 Java 不够香吗？
- 性能为王： 对计算密集型任务（如图像处理、物理仿真、音视频编解码），C/C++ 通常能提供远超 Java 的极致性能。
- 硬件操控： 直接操作特定硬件（如传感器底层、GPU 加速）往往需要 C/C++ 的底层访问能力。
- 遗产代码复用： 庞大的现存 C/C++ 库（如 OpenCV, FFmpeg, 加密算法库）是宝贵的财富，JNI 让你无需重写，直接集成。
- 平台特定 API： 访问 Android NDK 提供的、Java 层未暴露的底层系统功能。
- 安全敏感计算： 将核心算法或密钥操作放在更难以逆向的 Native 层（需结合其他安全措施）。

一句话总结： JNI 是为了弥补 Java 在性能、硬件操作、复用已有库方面的不足，让开发者能在享受 Java 开发便利的同时，调用 Native 代码的洪荒之力。

2. JNI 在 Android 中的定位 (与 NDK 的关系)

初学时常容易混淆 JNI 和 NDK，它们紧密相关但职责不同：

JNI (Java Native Interface)：
- 它是一套接口规范、一套协议。 定义了 Java 如何调用 Native 函数 以及 Native 代码如何回调 Java 的规则（函数命名、参数传递、数据类型映射、内存管理、异常处理等）。
- 与平台无关： JNI 规范本身是 Java 平台的标准，不仅适用于 Android，也适用于其他 Java 环境。
NDK (Native Development Kit)：
- 它是一套开发工具链。 由 Google 提供，专为 Android 平台设计。
- 核心功能：
  1. 编译器 (如 Clang)： 将你的 C/C++ 源代码编译成 Android 设备 CPU 能直接运行的机器码（通常是 .so 共享库文件）。
  2. 构建系统 (CMake/ndk-build)： 帮助管理 Native 代码的编译、链接过程，并将其集成到 Android Studio 项目中。
  3. 交叉编译工具链： 支持为不同的 Android CPU 架构 (armeabi-v7a, arm64-v8a, x86, x86_64) 生成对应的库。
  4. 标准库支持： 提供部分 C/C++ 标准库 (如 libc++, libm) 和 Android 特有的 Native API (如 log, jnigraphics)。

形象比喻：

JNI 是“通信协议” ：就像两国元首通话时使用的翻译规则和外交礼仪手册。
NDK 是“通信设备和翻译官” ：提供电话线路（工具链）、同声传译（编译器）、并确保翻译符合外交规范（生成符合 Android 要求的 .so 文件）。
你的 C/C++ 代码是“本国发言人” ：需要遵循协议（JNI 规范），通过设备（NDK）与对方（Java）交流。
你的 Java 代码是“外国元首” ：声明通话需求（native 方法），加载通信渠道（System.loadLibrary）。

关键点： 在 Android 中开发 JNI 程序，你必须使用 NDK 来编译构建你的 C/C++ 代码，生成的 .so 库通过 JNI 规范与 Java 层交互。

3. JNI 工作原理全景图 (一次调用的旅程)

想象一下 Java 代码要调用一个 C 函数 calculate() 的过程：

Java 侧 - 发出请求：
- 在 Java 类中声明一个 native 方法：
```
public native int calculate(int a, int b);
```
- 在 Java 代码的合适位置（通常是静态初始化块）加载包含该 native 方法实现的共享库：
```
static {
    System.loadLibrary("my-math-lib"); // 加载 libmy-math-lib.so
}
```
JVM - 建立连接：
- 当 Java 代码第一次调用 calculate(a, b) 时，JVM 会介入。
- JVM 根据 JNI 函数命名规则（非常重要！通常是 Java_包名_类名_方法名）在已加载的库 libmy-math-lib.so 中查找对应的 C/C++ 函数。
Native 侧 - 执行任务：
- JVM 找到函数后（例如 Java_com_example_myapp_MathUtils_calculate），就会调用它。
- 这个 C/C++ 函数必须遵循特定的签名：
```
#include <jni.h> // 必须包含 JNI 头文件

JNIEXPORT jint JNICALL
Java_com_example_myapp_MathUtils_calculate(JNIEnv *env, jobject thiz, jint a, jint b) {
    // 1. 使用 env 指针访问 JNI 函数
    // 2. thiz 指向调用此 native 方法的 Java 对象 (如果是静态方法则为 jclass)
    // 3. a, b 是从 Java 传过来的 jint (对应 Java 的 int)
    int result = a + b; // 执行计算 (简单示例)
    return (jint)result; // 将结果 (C int) 转换为 jint 返回给 Java
}
```
- 关键参数解析：
  - JNIEnv *env: 这是 最重要的参数！ 它是一个指向 JNI 环境函数表的指针。几乎所有 JNI 函数（如创建对象、调用方法、操作数组）都需要通过这个 env 指针来调用。它提供了与 Java 世界交互的 全部能力。注意：env 指针是线程相关的！
  - jobject thiz: 如果这个 native 方法是一个 实例方法，那么 thiz 就指向调用该方法的 Java 对象实例。如果 native 方法是 静态方法，则这个参数是 jclass 类型，指向 声明该方法的 Java 类。
返回结果 - 旅程结束：
- Native 函数执行完毕，将结果（jint）返回。
- JVM 接收结果，将其转换回 Java 的 int 类型，传递给调用 calculate() 的 Java 代码。

流程图简化版：

[Java] `native int calculate(a, b);` -> [JVM] 查找 `libmy-math-lib.so` 中的 `Java_..._calculate` -> [C++] `Java_..._calculate(env, thiz, a, b) { ... return result; }` -> [JVM] 转换结果 -> [Java] 得到 int result

4. 跨越鸿沟：Java 与 C/C++ 的思维转换

当你在 JNI 层穿梭于 Java 和 C/C++ 之间时，必须时刻牢记它们核心机制的差异：

特性	Java / Kotlin (JVM 世界)	C/C++ (Native 世界)	JNI 层注意事项
内存管理	自动垃圾回收 (GC) 。开发者无需手动释放对象内存。	手动管理。`malloc/free` 或 `new/delete` 必须成对出现。	极易出错点！ Native 层创建的 Java 对象引用 (如 `jstring`, `jobject`) 需要按 JNI 规则管理（本地/全局引用）。获取的指针（如字符串、数组）用完后必须释放。
数据类型	强类型，有明确的对象、接口、泛型概念。	基础类型、结构体、指针、更贴近硬件。	必须进行类型转换！ Java 的 `int` 在 JNI 是 `jint`，Java 的 `String` 是 `jstring`。转换规则是核心学习内容。
错误处理	异常机制 (try-catch-throw) 。	错误码 (return code / errno) 或 C++ 异常。	关键差异！ Native 中调用 Java 方法可能抛异常，必须用 JNI 函数 (`ExceptionCheck`, `ExceptionOccurred`, `ExceptionClear`) 检查和处理。C++ 异常绝不能直接穿越 JNI 边界。
对象生命周期	对象由 GC 管理，不可控。	对象生命周期完全由代码控制。	在 Native 层持有 Java 对象引用时，需理解不同引用类型（本地、全局、弱全局）对 GC 的影响。
多线程	线程由 JVM 管理，同步使用 `synchronized` 等。	线程 (`pthread` 或 `std::thread`)，同步用互斥锁等。	*`JNIEnv` 是线程绑定的！** 不能在非创建线程中使用。非 Java 创建的线程需先 `Attach` 到 JVM 获取 `env`，用完要 `Detach`。

学习 JNI 的核心挑战之一，就是熟练掌握如何在两种截然不同的环境中安全、正确地传递数据、管理资源和处理错误