1 JVMEnv
1.1 JNIEnv 是什么
JNIEnv 即 Java Native Interface Environment，Java 本地编程接口环境。JNIEnv 内部定义了很多函数用于简化我们的 JNI 编程。
JNIEnv是提供JNI Native函数的基础环境，线程相关，不同线程的JNIEnv相互独立，并且JNIEnv是一个JNI接口指针，指向了本地方法的一个函数表，该函数表中的每一个成员指向了一个JNI函数，本地方法通过JNI函数来访问JVM中的数据结构，详情如下图：
通过上面的图示，我们应该更加了解JNIEnv只在当前线程中有效。本地方法不 能将JNIEnv从一个线程传递到另一个线程中。相同的 Java 线程中对本地方法多次调用时，传递给该本地方法的JNIEnv是相同的。但是，一个本地方法可被不同的 Java 线程所调用，因此可以接受不同的 JNIEnv。
在 C++ 代码中，JNIEnv 是一个 JNIEnv_ 结构体：
#ifdef __cplusplus
typedef JNIEnv_ JNIEnv;
#else
typedef const struct JNINativeInterface_ *JNIEnv;
#endif
struct JNIEnv_ {
const struct JNINativeInterface_ *functions;
#ifdef __cplusplus
jint GetVersion() {
return functions->GetVersion(this);
}
jclass DefineClass(const char *name, jobject loader, const jbyte *buf,
jsize len) {
return functions->DefineClass(this, name, loader, buf, len);
}
jclass FindClass(const char *name) {
return functions->FindClass(this, name);
}
jmethodID FromReflectedMethod(jobject method) {
return functions->FromReflectedMethod(this,method);
}
jfieldID FromReflectedField(jobject field) {
return functions->FromReflectedField(this,field);
}
jobject ToReflectedMethod(jclass cls, jmethodID methodID, jboolean isStatic) {
return functions->ToReflectedMethod(this, cls, methodID, isStatic);
}
jclass GetSuperclass(jclass sub) {
return functions->GetSuperclass(this, sub);
}
//省略其他函数
//......
}
1.2 如何获取到JNIEnv
对于单线程的情况，我们可以直接通过 JNI 方法传入的参数获取到 JNIEnv，所有的Native函数的第一个参数永远是JNIEnv指针
// 第一个参数就是 JNIEnv
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_HelloJNI_sayHello(JNIEnv *env, jobject obj)
{
return (*env)->NewStringUTF(env,"Hello from JNI !");
}
对于多线程的情况，首先我们要知道，JNIEnv 是一个线程作用域的变量，不能跨线程传递，不同线程的 JNIEnv 彼此独立。那如何在不同的线程中获取到 JNIEnv ：
//定义全局变量
//JavaVM 是一个结构体，用于描述 Java 虚拟机，后面会讲
JavaVM* gJavaVM;
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_HelloJNI_sayHello(JNIEnv *env, jobject obj)
{
//线程不允许共用env环境变量，但是JavaVM指针是整个jvm共用的，所以可以通过下面的方法保存JavaVM指针，在线程中使用
env->GetJavaVM(&gJavaVM);
return (*env)->NewStringUTF(env,"Hello from JNI !");
}
//假设这是一个工具函数，可能被多个线程调用
void util_xxx()
{
JNIEnv *env;
//从全局的JavaVM中获取到环境变量
gJavaVM->AttachCurrentThread(&env,NULL);
//就可以使用 JNIEnv 了
//最后需要做清理操作
gJavaVM->DetachCurrentThread();
}
1.3 JVIEnv内部函数分类
JNIEnv 中定义的函数可以分为以下几类：
| 函数名 | 功能 |
|---|---|
| FindClass | 用于获取类 |
| GetObjectClass | 通过对象获取这个类 |
| NewGlobalRef | 创建 obj 参数所引用对象的新全局引用 |
| NewObject | 构造新 Java 对象 |
| NewString | 利用 Unicode 字符数组构造新的 java.lang.String 对象 |
| NewStringUTF | 利用 UTF-8 字符数组构造新的 java.lang.String 对象 |
| NewArray | 创建类型为Type的数组对象 |
| GetField | 获取类型为Type的字段 |
| SetField | 设置类型为Type的字段的值 |
| GetStaticField | 获取类型为Type的static的字段 |
| SetStaticField | 设置类型为Type的static的字段的值 |
| CallMethod | 调用返回类型为Type的方法 |
| CallStaticMethod | 调用返回值类型为Type的static方法 |
相关的函数不止上面的这些，这些函数的介绍和使用方法，我们可以在开发过程中参考官方文档
https://docs.oracle.com/en/java/javase/11/docs/specs/jni/index.html
2 JavaVM
JavaVM,英文全称是Java virtual machine，就是Java虚拟机。一个JVM中只有一个JavaVM对象，这个JavaVM则可以在进程中的各线程间共享的，这个特性在JNI开发中是非常重要的。
2.1 JavaVM定义
JavaVM申明在jni.h文件里面，因为我们在JNI开发中，必定要引入#include <jni.h>头文件。
C语言中JavaVM声明如下：
struct _JNIEnv;
struct _JavaVM;
typedef const struct JNINativeInterface* C_JNIEnv;
#if defined(__cplusplus)
typedef _JNIEnv JNIEnv;
typedef _JavaVM JavaVM;
#else
typedef const struct JNINativeInterface* JNIEnv;
typedef const struct JNIInvokeInterface* JavaVM;//C语言定义
#endif
/*
* JNI invocation interface.
*/
struct JNIInvokeInterface {
void* reserved0;
void* reserved1;
void* reserved2;
jint (*DestroyJavaVM)(JavaVM*);
jint (*AttachCurrentThread)(JavaVM*, JNIEnv**, void*);
jint (*DetachCurrentThread)(JavaVM*);
jint (*GetEnv)(JavaVM*, void**, jint);
jint (*AttachCurrentThreadAsDaemon)(JavaVM*, JNIEnv**, void*);
};
C++中JavaVM声明如下：
struct _JNIEnv;
struct _JavaVM;
typedef const struct JNINativeInterface* C_JNIEnv;
#if defined(__cplusplus)
typedef _JNIEnv JNIEnv;
typedef _JavaVM JavaVM;
#else
typedef const struct JNINativeInterface* JNIEnv;
typedef const struct JNIInvokeInterface* JavaVM;
#endif
/*
* C++ version.
*/
struct _JavaVM {
const struct JNIInvokeInterface* functions;
#if defined(__cplusplus)
jint DestroyJavaVM()
{ return functions->DestroyJavaVM(this); }
jint AttachCurrentThread(JNIEnv** p_env, void* thr_args)
{ return functions->AttachCurrentThread(this, p_env, thr_args); }
jint DetachCurrentThread()
{ return functions->DetachCurrentThread(this); }
jint GetEnv(void** env, jint version)
{ return functions->GetEnv(this, env, version); }
jint AttachCurrentThreadAsDaemon(JNIEnv** p_env, void* thr_args)
{ return functions->AttachCurrentThreadAsDaemon(this, p_env, thr_args); }
#endif /*__cplusplus*/
};
2.2 获取JavaVM
方式一:
在加载动态链接库的时候，JVM会调用JNI_OnLoad(JavaVM* jvm, void* reserved)（如果定义了该函数）。第一个参数会传入JavaVM指针。代码如下：
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(TAG, "ERROR: GetEnv failed\n");
goto bail;
}
result = JNI_VERSION_1_4;
bail:
return result;
方式二：通过JNIEnv获取JavaVM，具体参考代码如下：
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_xxx_android2native_JniManager_openJni
(JNIEnv * env, jobject object)
{
LOGE(TAG, "Java_com_xxx_android2native_JniManager_openJni");
//注意，直接通过定义全局的JNIEnv和Object变量，在此保存env和object的值是不可以在线程中使用的
//线程不允许共用env环境变量，但是JavaVM指针是整个jvm共用的，所以可以通过下面
//的方法保存JavaVM指针，在线程中使用
env->GetJavaVM(&gJavaVM);
//同理，jobject变量也不允许在线程中共用，因此需要创建全局的jobject对象在线程
//中访问该对象
gJavaObj = env->NewGlobalRef(object);
gIsThreadStop = 0;
3 ava和Android中JavaVM对象有区别
在Java里，每一个Process可以产生多个JavaVM对象，但是在Android上，每一个Process只有一个art虚拟机对象，也就是在Android进程中是通过有且只有一个虚拟器对象来服务所有Java和C/C++代码 。Java 的dex字节码和C/C++的*.so同时运行ART虚拟机之内，共同使用一个进程空间。之所以可以相互调用，也是因为有ART虚拟机。当Java 代码需要C/C++代码时，在ART虚拟机加载进*.so库时，会先调用JNI_Onload(),此时就会把JAVA VM对象的指针存储于c层jni组件的全局环境中，在Java层调用C层的本地函数时，调用C本地函数的线程必然通过ART虚拟机来调用C层的本地函数，此时，ART虚拟机会为本地的C组件实例化一个JNIEnv指针，该指针指向ART虚拟机的具体的函数列表，当JNI的c组件调用Java层的方法或者属性时，需要通过JNIEnv指针来进行调用。 当本地C/C++想获得当前线程所要使用的JNIEnv时，可以使用ART虚拟机对象的JavaVM* jvm->GetEnv()返回当前线程所在的JNIEnv*。
