JNI 从入门到实践，万字爆肝详解！

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_xurui_hellojni_HelloWorld_sayHi (JNIEnv *, jobject);

// Windows 平台 :
#define JNIEXPORT __declspec(dllexport)
#define JNIIMPORT __declspec(dllimport)

// Linux 平台：
#define JNIIMPORT
#define JNIEXPORT  __attribute__ ((visibility ("default")))

// Windows 平台 :
#define JNICALL __stdcall // __stdcall 是一种函数调用参数的约定 ,表示函数的调用参数是从右往左。

// Linux 平台：
#define JNICALL

struct _JNIEnv;
struct _JavaVM;

#if defined(__cplusplus)
// 如果定义了 __cplusplus 宏，则按照 C++ 编译
typedef _JNIEnv JNIEnv;
typedef _JavaVM JavaVM;
#else
// 按照 C 编译
typedef const struct JNINativeInterface* JNIEnv;
typedef const struct JNIInvokeInterface* JavaVM;
#endif

/*
 * C++ 版本的 _JavaVM，内部是对 JNIInvokeInterface* 的包装
 */
struct _JavaVM {
    // 相当于 C 版本中的 JNIEnv
    const struct JNIInvokeInterface* functions;

    // 转发给 functions 代理
    jint DestroyJavaVM()
    { return functions->DestroyJavaVM(this); }
    ...
};

/*
 * C++ 版本的 JNIEnv，内部是对 JNINativeInterface* 的包装
 */
struct _JNIEnv {
    // 相当于 C 版本的 JavaVM
    const struct JNINativeInterface* functions;

    // 转发给 functions 代理
    jint GetVersion()
    { return functions->GetVersion(this); }
    ...
};

// 在 C 语言中，要使用 (*env)->
// 注意看这一句：typedef const struct JNINativeInterface* JNIEnv;
(*env)->FindClass(env, "java/lang/String");

// 在 C++ 中，要使用 env->
// 注意看这一句：jclass FindClass(const char* name)
//{ return functions->FindClass(this, name); }
env->FindClass("java/lang/String");

/*
 * JavaVM
 */
struct JNIInvokeInterface {
    // 一系列函数指针
    jint        (*DestroyJavaVM)(JavaVM*);
    jint        (*AttachCurrentThread)(JavaVM*, JNIEnv**, void*);
    jint        (*DetachCurrentThread)(JavaVM*);
    jint        (*GetEnv)(JavaVM*, void**, jint);
    jint        (*AttachCurrentThreadAsDaemon)(JavaVM*, JNIEnv**, void*);
};

/*
 * JNIEnv
 */
struct JNINativeInterface {
    // 一系列函数指针
    jint        (*GetVersion)(JNIEnv *);
    jclass      (*DefineClass)(JNIEnv*, const char*, jobject, const jbyte*, jsize);
    jclass      (*FindClass)(JNIEnv*, const char*);
    ...
};

typedef uint8_t  jboolean; /* unsigned 8 bits */
typedef int8_t   jbyte;    /* signed 8 bits */
typedef uint16_t jchar;    /* unsigned 16 bits */ /* 注意：jchar 是 2 个字节 */
typedef int16_t  jshort;   /* signed 16 bits */
typedef int32_t  jint;     /* signed 32 bits */
typedef int64_t  jlong;    /* signed 64 bits */
typedef float    jfloat;   /* 32-bit IEEE 754 */
typedef double   jdouble;  /* 64-bit IEEE 754 */
typedef jint     jsize;

#ifdef __cplusplus
// 内部的数据结构由虚拟机实现，只能从虚拟机源码看
class _jobject {};
class _jclass : public _jobject {};
class _jstring : public _jobject {};
class _jarray : public _jobject {};
class _jobjectArray : public _jarray {};
class _jbooleanArray : public _jarray {};
...
// 说明我们接触到到 jobject、jclass 其实是一个指针
typedef _jobject*       jobject;
typedef _jclass*        jclass;
typedef _jstring*       jstring;
typedef _jarray*        jarray;
typedef _jobjectArray*  jobjectArray;
typedef _jbooleanArray* jbooleanArray;
...
#else /* not __cplusplus */
...
#endif /* not __cplusplus */

// 内部的数据结构还是看不到，由虚拟机实现
class _jstring : public _jobject {};
typedef _jstring*       jstring;

struct JNINativeInterface {
    // String 转换为 UTF-8 字符串
    const char* (*GetStringUTFChars)(JNIEnv*, jstring, jboolean*);
    // 释放 GetStringUTFChars 生成的 UTF-8 字符串
    void        (*ReleaseStringUTFChars)(JNIEnv*, jstring, const char*);
    // 构造新的 String 字符串
    jstring     (*NewStringUTF)(JNIEnv*, const char*);
    // 获取 String 字符串的长度
    jsize       (*GetStringUTFLength)(JNIEnv*, jstring);
    // 将 String 复制到预分配的 char* 数组中
    void        (*GetStringUTFRegion)(JNIEnv*, jstring, jsize, jsize, char*);
};

// 示例 1：将 Java String 转换为 C/C++ 字符串
jstring jStr = ...; // Java 层传递过来的 String
const char *str = env->GetStringUTFChars(jStr, JNI_FALSE);
if(!str) {
    // OutOfMemoryError
    return;
}
// 释放 GetStringUTFChars 生成的 UTF-8 字符串
env->ReleaseStringUTFChars(jStr, str);

// 示例 2：构造 Java String 对象（将 C/C++ 字符串转换为 Java String）
jstring newStr = env->NewStringUTF("在 Native 层构造 Java String");
if (newStr) {
    // 通过 JNIEnv 方法将 jstring 调用 Java 方法（jstring 本身就是 Java String 的映射，可以直接传递到 Java 层）
    ...
}

jstring jStr = ...; // Java 层传递过来的 String
char outbuf[128];
int len = env->GetStringLength(jStr);
env->GetStringUTFRegion(jStr, 0, len, outbuf);

extern "C"
JNIEXPORT jintArray JNICALL
Java_com_xurui_hellojni_HelloWorld_generateIntArray(JNIEnv *env, jobject thiz, jint size) {
    // 新建 Java int[]
    jintArray jarr = env->NewIntArray(size);
    // 转换为 C/C ++ int[]
    int *carr = env->GetIntArrayElements(jarr, JNI_FALSE);
    // 赋值
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        carr[i] = i;
    }
    // 释放资源并回写
    env->ReleaseIntArrayElements(jarr, carr, 0);
    // 返回数组
    return jarr;
}

extern "C"
JNIEXPORT jobjectArray JNICALL
Java_com_xurui_hellojni_HelloWorld_generateStringArray(JNIEnv *env, jobject thiz, jint size) {
    // 获取 String Class
    jclass jStringClazz = env->FindClass("java/lang/String");
    // 初始值（可为空）
    jstring initialStr = env->NewStringUTF("初始值");
    // 创建 Java String[]
    jobjectArray jarr = env->NewObjectArray(size, jStringClazz, initialStr);
    // 赋值
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        char str[5];
        sprintf(str, "%d", i);
        jstring jStr = env->NewStringUTF(str);
        env->SetObjectArrayElement(jarr, i, jStr);
    }
    // 返回数组
    return jarr;
}

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_xurui_hellojni_HelloWorld_accessField(JNIEnv *env, jobject thiz) {
    // 获取 jclass
    jclass clz = env->GetObjectClass(thiz);
    // 示例：修改 Java 静态变量值
    // 静态字段 ID
    jfieldID sFieldId = env->GetStaticFieldID(clz, "sName", "Ljava/lang/String;");
    // 访问静态字段
    if (sFieldId) {
        // Java 方法的返回值 String 映射为 jstring
        jstring jStr = static_cast<jstring>(env->GetStaticObjectField(clz, sFieldId));
        // 将 jstring 转换为 C 风格字符串
        const char *sStr = env->GetStringUTFChars(jStr, JNI_FALSE);
        // 释放资源
        env->ReleaseStringUTFChars(jStr, sStr);
        // 构造 jstring
        jstring newStr = env->NewStringUTF("静态字段 - Peng");
        if (newStr) {
            // jstring 本身就是 Java String 的映射，可以直接传递到 Java 层
            env->SetStaticObjectField(clz, sFieldId, newStr);
        }
    }
    // 示例：修改 Java 成员变量值
    // 实例字段 ID
    jfieldID mFieldId = env->GetFieldID(clz, "mName", "Ljava/lang/String;");
    // 访问实例字段
    if (mFieldId) {
        jstring jStr = static_cast<jstring>(env->GetObjectField(thiz, mFieldId));
        // 转换为 C 字符串
        const char *sStr = env->GetStringUTFChars(jStr, JNI_FALSE);
        // 释放资源
        env->ReleaseStringUTFChars(jStr, sStr);
        // 构造 jstring
        jstring newStr = env->NewStringUTF("实例字段 - Peng");
        if (newStr) {
            // jstring 本身就是 Java String 的映射，可以直接传递到 Java 层
            env->SetObjectField(thiz, mFieldId, newStr);
        }
    }
}

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_xurui_hellojni_HelloWorld_accessMethod(JNIEnv *env, jobject thiz) {
    // 获取 jclass
    jclass clz = env->GetObjectClass(thiz);
    // 示例：调用 Java 静态方法
    // 静态方法 ID
    jmethodID sMethodId = env->GetStaticMethodID(clz, "sHelloJava", "()V");
    if (sMethodId) {
        env->CallStaticVoidMethod(clz, sMethodId);
    }
    // 示例：调用 Java 实例方法
    // 实例方法 ID
    jmethodID mMethodId = env->GetMethodID(clz, "helloJava", "()V");
    if (mMethodId) {
        env->CallVoidMethod(thiz, mMethodId);
    }
}

// 局部引用
jclass localRefClz = env->FindClass("java/lang/String");
env->DeleteLocalRef(localRefClz);

// 全局引用
jclass globalRefClz = env->NewGlobalRef(localRefClz);
env->DeleteGlobalRef(globalRefClz);

// 弱全局引用
jclass weakRefClz = env->NewWeakGlobalRef(localRefClz);
env->DeleteGlobalWeakRef(weakRefClz);

jclass localRef = ...
jclass globalRef = ...
bool isSampe = env->IsSamObject(localRef, globalRef）

struct JNINativeInterface {
    // 抛出异常
    jint        (*ThrowNew)(JNIEnv *, jclass, const char *);
    // 检查异常
    jthrowable  (*ExceptionOccurred)(JNIEnv*);
    // 检查异常
    jboolean    (*ExceptionCheck)(JNIEnv*);
    // 清除异常
    void        (*ExceptionClear)(JNIEnv*);
};

// 示例 1：向 Java 层抛出异常
jclass exceptionClz = env->FindClass("java/lang/IllegalArgumentException");
env->ThrowNew(exceptionClz, "来自 Native 的异常");
// 示例 2：检查当前环境是否发生异常（类似于 Java try{}）
jthrowable exc = env->ExceptionOccurred(env);
if(exc) {
    // 处理异常（类似于 Java 的 catch{}）
}
// 示例 3：清除异常
env->ExceptionClear();

JNIEnv * env_child;
vm->AttachCurrentThread(&env_child, nullptr);
// 使用 JNIEnv*
vm->DetachCurrentThread();

// 局部引用
jclass localRefClz = env->FindClass("java/lang/String");
// 释放全局引用（非必须）
env->DeleteLocalRef(localRefClz);
// 局部引用升级为全局引用
jclass globalRefClz = env->NewGlobalRef(localRefClz);
// 释放全局引用（必须）
env->DeleteGlobalRef(globalRefClz);

struct JNINativeInterface {
    jint        (*MonitorEnter)(JNIEnv*, jobject);
    jint        (*MonitorExit)(JNIEnv*, jobject);
}

// 进入监视器
if (env->MonitorEnter(obj) != JNI_OK) {
    // 建立监视器的资源分配不成功等
}

// 此处为同步块
if (env->ExceptionOccurred()) {
    // 必须保证有对应的 MonitorExit，否则可能出现死锁
    if (env->MonitorExit(obj) != JNI_OK) {
        ...
    };
    return;
}

// 退出监视器
if (env->MonitorExit(obj) != JNI_OK) {
    ...
};

static jmethodID MID_Object_wait;
static jmethodID MID_Object_notify;
static jmethodID MID_Object_notifyAll;

void
JNU_MonitorWait(JNIEnv *env, jobject object, jlong timeout) {
    env->CallVoidMethod(object, MID_Object_wait, timeout);
}
void
JNU_MonitorNotify(JNIEnv *env, jobject object) {
    env->CallVoidMethod(object, MID_Object_notify);
}
void
JNU_MonitorNotifyAll(JNIEnv *env, jobject object) {
    env->CallVoidMethod(object, MID_Object_notifyAll);
}

//
void *thr_fn(void *arg) {
    printids("new thread: ");
    return NULL;
}

int main(void) {
    pthread_t ntid;
    // 第 4 个参数将传递到 thr_fn 的参数 arg 中
    err = pthread_create(&ntid, NULL, thr_fn, NULL);
    if (err != 0) {
        printf("can't create thread: %s\n", strerror(err));
    }
    return 0;
}

// Java 层模板
class MediaPlayer {
    companion object {
        init {
            // 注意点：加载 so 库
            System.loadLibrary("hellondk")
        }
    }

    // Native 层指针
    private var nativeObj: Long? = null

    fun start(path : String) {
        // 注意点：记录 Native 层指针，后续操作才能拿到 Native 的对象
        nativeObj = startNative(path)
    }

    fun release() {
        // 注意点：使用 start() 中记录的指针调用 native 方法
        nativeObj?.let {
            releaseNative(it)
        }
        nativeObj = null
    }

    private external fun startNative(path : String): Long
    private external fun releaseNative(nativeObj: Long)

    fun onStarted() {
        // Native 层回调（来自 JNICallbackHelper#onStarted）
        ...
    }
}

// 注意点：记录 JavaVM 指针，用于在子线程获得 JNIEnv
JavaVM *vm = nullptr;

jint JNI_OnLoad(JavaVM *vm, void *args) {
    ::vm = vm;
    return JNI_VERSION_1_6;
}

extern "C"
JNIEXPORT jlong JNICALL
Java_com_pengxr_hellondk_MediaPlayer_startNative(JNIEnv *env, jobject thiz, jstring path) {
    // 注意点：String 转 C 风格字符串
    const char *path_ = env->GetStringUTFChars(path, nullptr);
    // 构造一个 Native 对象
    auto *helper = new JNICallbackHelper(vm, env, thiz);
    auto *player = new MediaPlayer(path_, helper);
    player->start();
    // 返回 Native 对象的指针
    return reinterpret_cast<jlong>(player);
}

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_pengxr_hellondk_MediaPlayer_releaseNative(JNIEnv *env, jobject thiz, jlong native_obj) {
    auto * player = reinterpret_cast<MediaPlayer *>(native_obj);
    player->release();
}

#ifndef HELLONDK_JNICALLBACKHELPER_H
#define HELLONDK_JNICALLBACKHELPER_H

#include <jni.h>
#include "util.h"

class JNICallbackHelper {

private:
    // 全局共享的 JavaVM*
    // 注意点：指针要初始化 0 值
    JavaVM *vm = 0;
    // 主线程的 JNIEnv*
    JNIEnv *env = 0;
    // Java 层的对象 MediaPlayer.kt
    jobject job;
    // Java 层的方法 MediaPlayer#onStarted()
    jmethodID jmd_prepared;

public:
    JNICallbackHelper(JavaVM *vm, JNIEnv *env, jobject job);

    ~JNICallbackHelper();

    void onStarted();
};

#endif //HELLONDK_JNICALLBACKHELPER_H

#include "JNICallbackHelper.h"

JNICallbackHelper::JNICallbackHelper(JavaVM *vm, JNIEnv *env, jobject job) {
    // 全局共享的 JavaVM*
    this->vm = vm;
    // 主线程的 JNIEnv*
    this->env = env;

    // C 回调 Java
    jclass mediaPlayerKTClass = env->GetObjectClass(job);
    jmd_prepared = env->GetMethodID(mediaPlayerKTClass, "onPrepared", "()V");

    // 注意点：jobject 无法跨越线程，需要转换为全局引用
    // Error：this->job = job;
    this->job = env->NewGlobalRef(job);
}

JNICallbackHelper::~JNICallbackHelper() {
    vm = nullptr;
    // 注意点：释放全局引用
    env->DeleteGlobalRef(job);
    job = nullptr;
    env = nullptr;
}

void JNICallbackHelper::onStarted() {
    // 注意点：子线程不能直接使用持有的主线程 env，需要通过 AttachCurrentThread 获取子线程的 env
    JNIEnv * env_child;
    vm->AttachCurrentThread(&env_child, nullptr);
    // 回调 Java 方法
    env_child->CallVoidMethod(job, jmd_prepared);
    vm->DetachCurrentThread();
}

#ifndef HELLONDK_MEDIAPLAYER_H
#define HELLONDK_MEDIAPLAYER_H

#include <cstring>
#include <pthread.h>
#include "JNICallbackHelper.h"

class MediaPlayer {
private:
    char *path = 0;
    JNICallbackHelper *helper = 0;
    pthread_t pid_start;
public:
    MediaPlayer(const char *path, JNICallbackHelper *helper);

    ~MediaPlayer();

    void doOpenFile();

    void start();

    void release();
};

#endif //HELLONDK_MEDIAPLAYER_H

#include "MediaPlayer.h"

MediaPlayer::MediaPlayer(const char *path, JNICallbackHelper *helper) {
    // 注意点：参数 path 指向的空间被回收会造成悬空指针，应复制一份
    // this->path = path;
    this->path = new char[strlen(path) + 1];
    strcpy(this->path, path);

    this->helper = helper;
}

MediaPlayer::~MediaPlayer() {
    if (path) {
        delete path;
    }
    if (helper) {
        delete helper;
    }
}

// 在子线程执行
void MediaPlayer::doOpenFile() {
    // 省略真实播放逻辑...
    // 媒体文件打开成功
    helper->onStarted();
}

// 在子线程执行
void *task_open(void *args) {
    // args 是 主线程 MediaPlayer 的实例的 this变量
    auto *player = static_cast<MediaPlayer *>(args);
    player->doOpenFile();

    return nullptr;
}

void MediaPlayer::start() {
    // 切换到子线程执行
    pthread_create(&pid_start, 0, task_open, this);
}

void MediaPlayer::release() {
    ...
}