前言
提到JNI,大家都会想到C,C++.不过如今rust又给我们增加了一个选项,借助rust的jni库(https://github.com/jni-rs/jni-rs),我们可以很方便的使Android与rust交互.从本章起,我们将逐步地了解使用rust实现一些经典的jni方法.
创建Rust项目
- 创建工程
在命令行输入命令:
cargo new --lib rust_jni_demo
命令执行结果:
Created library `rust_jni_demo` package
这样我们就成功的创建了一个名为rust_jni_demo的rust项目.
- 查看项目目录
txs:rust_jni_demo/ (master*) $ tree .
.
├── Cargo.toml
└── src
└── lib.rs
1 directory, 2 files
可以看到目录里有一个src/lib.rs,这是我们接下来要遍写代码的地方.而Cargo.toml文件则是我们将要配置项目及依赖的地方.
- 打开项目
使用vs code配合rust插件,或者使用CLion配合rust插件都可以,甚至使用vim都是可以的.如图:
- 导入依赖
在Cargo.toml文件的[dependencies]标签下,导入jni依赖
jni = "0.20.0"
- 声明项目是一个动态库
在Cargo.toml中添加如下内容
[lib]
#C规范动态库
crate_type = ["cdylib"]
至此,Cargo.toml文件的内容为:
[package]
name = "rust_jni_demo"
version = "0.1.0"
edition = "2021"
# See more keys and their definitions at https://doc.rust-lang.org/cargo/reference/manifest.html
[dependencies]
jni = "0.20.0"
[lib]
#C规范动态库
crate_type = ["cdylib"]
开始编写代码
- 声明一个
JNI方法,返回值为String
pub extern "system" fn Java_com_jni_rust_RustNative_getStringFromRust(env: JNIEnv, _: JClass) -> jstring
可以看到,方法名Java_com_jni_rust_RustNative_getStringFromRust,命名格式和标准的C++声明的方法名格式相同.另外请注意,extern 的使用无需 unsafe,我经常看到一些文章里面使用unsafe的方式声明JNI方法,方法名如pub unsafe extern "system" fn....再次注意,unsafe目前是非必要的.
- 增加注解
#[no_mangle]
在方法上方添加#[no_mangle]注解,来告诉 Rust 编译器不要 mangle 此函数的名称.
Mangling 发生于当编译器将我们指定的函数名修改为不同的名称时，这会增加用于其他编译过程的额外信息，不过会使其名称更难以阅读。每一个编程语言的编译器都会以稍微不同的方式 mangle 函数名，所以为了使 Rust 函数能在其他语言中指定，必须禁用 Rust 编译器的 name mangling。
- 定义
Android函数
jstring对应java里面的String,所以我们在Android端定义一个方法
public static native String getStringFromRust();
方法位于package com.jni.rust文件夹下,RustNative类.
rust端返回一个jstring
let output = env.new_string("hi bro from rust").unwrap();
output.into_raw()
通过文档可看到env.new_string方法的具体描述
从
rust string创建一个java string对象
其返回值为JString,即一个jstring 的生命周期表示.
所以我们调用output.into_raw()将JString转为JNI所需要的jstring.
- 用
C++再实现一遍相同功能,代码如下:
extern "C"
JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_jni_rust_CNative_getStringFromCpp(JNIEnv *env, jclass clazz) {
std::string bro = "hi bro from cpp";
return env->NewStringUTF(bro.c_str());
}
打包.so
- 编译命令
cargo build --target aarch64-linux-android --release
- 结果
$ cargo build --target aarch64-linux-android --release
Compiling proc-macro2 v1.0.47
Compiling quote v1.0.21
Compiling unicode-ident v1.0.5
Compiling syn v1.0.105
Compiling memchr v2.5.0
Compiling same-file v1.0.6
Compiling thiserror v1.0.37
Compiling log v0.4.17
Compiling cfg-if v1.0.0
Compiling bytes v1.3.0
Compiling cesu8 v1.1.0
Compiling jni-sys v0.3.0
Compiling walkdir v2.3.2
Compiling jni v0.20.0
Compiling combine v4.6.6
Compiling thiserror-impl v1.0.37
Compiling rust_jni_demo v0.1.0 (/home/txs/Center/project/rustProject/rust_jni_demo)
Finished release [optimized] target(s) in 6.60s
生成的.so在/target/aarch64-linux-android/release文件夹下,本项目.so文件名为librust_jni_demo.so.
so文件大小
在/target/aarch64-linux-android/release文件夹下,查看.so文件大小:
$ ls -alh
总用量 4.2M
drwxrwxr-x 7 txs txs 4.0K 12月 6 15:30 .
drwxrwxr-x 3 txs txs 4.0K 12月 6 15:30 ..
drwxrwxr-x 6 txs txs 4.0K 12月 6 15:30 build
-rw-rw-r-- 1 txs txs 0 12月 6 15:30 .cargo-lock
drwxrwxr-x 2 txs txs 4.0K 12月 6 15:30 deps
drwxrwxr-x 2 txs txs 4.0K 12月 6 15:30 examples
drwxrwxr-x 16 txs txs 4.0K 12月 6 15:30 .fingerprint
drwxrwxr-x 2 txs txs 4.0K 12月 6 15:30 incremental
-rw-rw-r-- 1 txs txs 171 12月 6 15:30 librust_jni_demo.d
-rwxrwxr-x 2 txs txs 4.2M 12月 6 15:30 librust_jni_demo.so
可以看到,librust_jni_demo.so文件大小居然有4.2M,远远超出了我们的预期.其实把这个so放到Android项目里面再打包之后会被优化到200k左右的,不过我们也可以在rust项目里先对我们的so文件大小进行优化.
- 优化
so文件大小
编辑Cargo.toml文件,添加如下内容:
[profile.release]
lto = true
opt-level = 'z'
strip = true
codegen-units = 1
#panic = 'abort'
具体配置详情请参考官方文档. 如果配置上panic = 'abort'是可以进一步优化文件大小的.但是会导致panic后看不到调用栈信息.所以我还是习惯于不进行panic = 'abort'这一项优化.
另外其他优化手段，如重新编译libstd、声明#![no_std]不使用标准库,都可以优化so文件大小.后续文章也会为大家分享一些优化std的小知识.
- 再次查看
so文件大小
$ ls -alh
总用量 272K
drwxrwxr-x 7 txs txs 4.0K 12月 6 15:49 .
drwxrwxr-x 3 txs txs 4.0K 12月 6 15:30 ..
drwxrwxr-x 10 txs txs 4.0K 12月 6 15:48 build
-rw-rw-r-- 1 txs txs 0 12月 6 15:30 .cargo-lock
drwxrwxr-x 2 txs txs 4.0K 12月 6 15:49 deps
drwxrwxr-x 2 txs txs 4.0K 12月 6 15:30 examples
drwxrwxr-x 29 txs txs 4.0K 12月 6 15:48 .fingerprint
drwxrwxr-x 2 txs txs 4.0K 12月 6 15:30 incremental
-rw-rw-r-- 1 txs txs 171 12月 6 15:30 librust_jni_demo.d
-rwxrwxr-x 2 txs txs 237K 12月 6 15:49 librust_jni_demo.so
可以看到, librust_jni_demo.so 优化到了237k
开发Android项目
- 将我们
rust项目打包生成的so文件,放到Android项目中. - 创建类
RustNative,路径为com.jni.rust,用以对应Java_com_jni_rust_RustNative_getStringFromRust函数路径.同时定义一个native方法
public static native String getStringFromRust();
- 完整的
RustNative类代码为:
package com.jni.rust;
public class RustNative {
static {
System.loadLibrary("rust_jni_demo");
}
public static native String getStringFromRust();
}
- 在
android项目中,我又用C++实现了一个返回string类型数据的函数,用来对比生成的so文件大小.详细代码将放在github. - 打
release包.
对比rust生成的so和C++生成的so文件
- 解压
apk,查看so文件
$ ls -lh
总用量 460K
-rw-r--r-- 1 txs txs 217K 1月 1 1981 libcppnative.so
-rw-r--r-- 1 txs txs 237K 1月 1 1981 librust_jni_demo.so
其中libcppnative.so就是C++代码打出的so文件.可以看到,rust打包生成的so文件较C++打包生成的so文件大了20k.目前还可以接受.
- 查看编译后的
so文件代码
-
将
libcppnative.so拖入IDA中查看 -
导出函数如图
函数有点多,找到我们的JNI方法,看一下伪代码(需要F5插件) -
JNI方法伪代码,如图:
可以看到逻辑还算能看. -
再将
librust_jni_demo.so拖入IDA中查看 -
导出函数如图
导出函数看起来比较清晰
-再看看具体代码,代码有点多就不放图片了
_int64 __fastcall Java_com_jni_rust_RustNative_getStringFromRust(__int64 a1)
{
const char *v1; // x20
__int64 v3; // x0
unsigned __int64 v4; // x28
void **v5; // x22
__int64 v6; // x23
__int64 v7; // x1
__int64 v8; // x1
__int64 v9; // x8
unsigned __int64 v10; // x27
char *v11; // x0
__int64 v12; // x1
unsigned int v13; // w9
unsigned int v14; // w28
__int64 v15; // x0
__int64 v16; // x1
__int64 v17; // x0
__int64 v18; // x22
void *v19; // x21
void *v20; // x0
const char *v21; // x1
const char *v22; // x23
__int64 v23; // x0
__int64 v24; // x1
__int64 (__fastcall *v25)(__int64, __int64); // x9
__int64 v26; // x0
unsigned __int8 (__fastcall *v27)(__int64); // x8
__int64 v28; // x20
__int64 v30; // x8
__int64 v31; // x9
char *v32; // x8
__int64 v33; // x0
char v34; // w19
__int64 v35; // x19
size_t v36; // w0
size_t v37; // w1
const char *v38; // [xsp+8h] [xbp-C8h]
__int128 v39[2]; // [xsp+10h] [xbp-C0h] BYREF
_DWORD v40[2]; // [xsp+30h] [xbp-A0h]
__int64 v41; // [xsp+38h] [xbp-98h] BYREF
const char *v42; // [xsp+40h] [xbp-90h]
void *v43; // [xsp+48h] [xbp-88h]
__int128 v44; // [xsp+50h] [xbp-80h]
__int128 v45; // [xsp+60h] [xbp-70h]
v1 = "hi bro from rust";
if ( sub_F878(0LL, "hi bro from rust", 16LL) == 1 )
{
LABEL_2:
v3 = sub_E158(8LL);
v4 = 0LL;
v5 = &off_3A880;
v6 = 24LL;
v42 = (const char *)v7;
v43 = 0LL;
v41 = v3;
v38 = "assertion failed: w <= 4assertion failed: i + w <= bytes.len()assertion failed: 0xD800 <= surrogate && surroga"
"te <= 0xDFFFEoiCharacterBoundaryUnexpectedParse..BorrowMutError";
while ( 1 )
{
while ( 1 )
{
if ( v4 > 0xF )
{
v18 = v41;
v1 = v42;
v19 = v43;
if ( v41 )
goto LABEL_25;
goto LABEL_24;
}
v8 = (unsigned __int8)aHiBroFromRust[v4];
if ( aHiBroFromRust[v4] )
break;
sub_E240(&v41, 192LL);
sub_E240(&v41, 128LL);
LABEL_8:
++v4;
}
if ( (v8 & 0x80) == 0 )
{
sub_E240(&v41, v8);
goto LABEL_8;
}
v9 = byte_4144[v8];
if ( (unsigned int)v9 >= 5 )
goto LABEL_41;
v10 = v4 + v9;
if ( v4 + v9 > 0x10 )
{
v32 = "assertion failed: i + w <= bytes.len()assertion failed: 0xD800 <= surrogate && surrogate <= 0xDFFFEoiCharacterBoundaryUnexpectedParse..BorrowMutError";
v6 = 38LL;
v5 = &off_3A898;
LABEL_40:
v38 = v32;
LABEL_41:
v33 = sub_F1A0(v38, v6, v5);
goto LABEL_49;
}
if ( (_DWORD)v9 == 4 )
{
v11 = (char *)sub_E28C(v4, v10, &off_3A8C8);
if ( !v12 )
goto LABEL_39;
v13 = (unsigned __int8)*v11;
if ( (*v11 & 0x80000000) != 0 )
{
if ( v13 <= 0xDF )
{
v14 = v11[1] & 0x3F | ((v13 & 0x1F) << 6);
}
else if ( v13 < 0xF0 )
{
v14 = v11[2] & 0x3F | ((v11[1] & 0x3F) << 6) & 0xFFF | ((v13 & 0x1F) << 12);
}
else
{
v14 = v11[3] & 0x3F | ((v11[2] & 0x3F | ((v11[1] & 0x3F) << 6) & 0xFFF) << 6) & 0xFFE3FFFF | ((v13 & 7) << 18);
if ( v14 == 1114112 )
{
LABEL_39:
v32 = "called `Option::unwrap()` on a `None` valueinternal error: entered unreachable code/rustc/897e37553b"
"ba8b42751c67658967889d11ecd120/library/alloc/src/collections/btree/navigate.rs/rustc/897e37553bba8b4"
"2751c67658967889d11ecd120/library/alloc/src/slice.rs/cargo/registry/src/github.com-1ecc6299db9ec823/"
"gimli-0.25.0/src/read/line.rs";
v6 = 43LL;
v5 = &off_3A8E0;
goto LABEL_40;
}
}
}
else
{
v14 = (unsigned __int8)*v11;
}
sub_E2B4(((v14 + 16711680) >> 10) | 0xFFFFD800);
sub_35DA8();
v17 = sub_E2B4(v14 & 0x3FF | 0xFFFFDC00);
LOWORD(v40[0]) = v17;
BYTE2(v40[0]) = BYTE2(v17);
sub_35DA8();
v4 = v10;
}
else
{
v15 = sub_E28C(v4, v4 + v9, &off_3A8B0);
sub_E1D0(&v41, v15, v15 + v16);
v4 = v10;
}
}
}
v30 = 0LL;
v19 = &word_10;
while ( v30 != 16 )
{
v31 = (unsigned __int8)aHiBroFromRust[v30];
if ( (v31 & 0xC0) != 128 && byte_4144[v31] > 3u )
goto LABEL_2;
++v30;
}
LABEL_24:
v20 = (void *)sub_E158(v19);
v22 = v21;
v18 = (__int64)v20;
memcpy(v20, v1, (size_t)v19);
v1 = v22;
LABEL_25:
v41 = v18;
v42 = v1;
v43 = v19;
v23 = sub_DBF8(&v41);
*(_QWORD *)&v39[0] = v23;
*((_QWORD *)&v39[0] + 1) = v24;
if ( !a1 )
{
v34 = 8;
v28 = 6LL;
v19 = &unk_4DFD;
goto LABEL_48;
}
if ( !*(_QWORD *)a1 )
goto LABEL_42;
v25 = *(__int64 (__fastcall **)(__int64, __int64))(*(_QWORD *)a1 + 1336LL);
if ( !v25 )
{
v34 = 6;
v28 = 12LL;
v19 = &unk_4E18;
goto LABEL_48;
}
v26 = v25(a1, v23);
if ( !*(_QWORD *)a1 )
{
LABEL_42:
v34 = 8;
v28 = 7LL;
v19 = &unk_4E03;
goto LABEL_48;
}
v27 = *(unsigned __int8 (__fastcall **)(__int64))(*(_QWORD *)a1 + 1824LL);
if ( v27 )
{
v28 = v26;
if ( v27(a1) == 1 )
{
v34 = 5;
}
else
{
if ( v28 )
{
sub_13BC0(v39);
return v28;
}
v34 = 7;
v28 = 19LL;
v19 = &unk_4E24;
}
}
else
{
v34 = 6;
v28 = 14LL;
v19 = &unk_4E0A;
}
LABEL_48:
sub_13BC0(v39);
LOBYTE(v41) = v34;
v42 = (const char *)v19;
v43 = (void *)v28;
v44 = v39[0];
v45 = v39[1];
*(_DWORD *)((char *)&v41 + 1) = v40[0];
HIDWORD(v41) = *(_DWORD *)((char *)v40 + 3);
v33 = sub_FF4C(&unk_5537, 43LL, &v41, &off_3A808, &off_3A828);
LABEL_49:
__break(1u);
v35 = v33;
sub_14284(v39);
v36 = sub_37A54(v35);
__break(1u);
return sub_D4DC(v36, v37);
}
可以看到相比于C++ JNI函数的伪代码,rust代码看起来混乱的多.或许IDA后续升级可以解决?
扩展知识
想在rust层打印日志?println!()信息在Android里面不显示的.现推荐两个rust android logger库.
android_logger,强大的rust android logger库, github地址:https://github.com/Nercury/android_logger-rs.(包体也会比较大).android_logger_lite,超级轻量级的rust android logger库,包体<1k,专为Android项目打造.github地址:https://github.com/tangxuesong6/android_logger_lite
总结
使用Rust进行JNI开发的整体流程和原本的C++开发流程是非常相似的.而且在目前不使用三方库文件的情况下生成的so文件大小相差不多.但是Rust项目无法在Android studio中Debug调试却是一大硬伤.
Android项目地址:https://github.com/tangxuesong6/Android_Rust_JNI_Demo
rust项目地址:https://github.com/tangxuesong6/Rust_JNI_Demo
