JNI 编程上手指南之 JNIEnv 详解

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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。

JNI 把 Java 中的所有对象或者对象数组当作一个 C 指针传递到本地方法中，这个指针指向 JVM 中的内部数据结构(对象用jobject来表示，而对象数组用jobjectArray或者具体是基本类型数组)，而内部的数据结构在内存中的存储方式是不可见的。只能从 JNIEnv 指针指向的函数表中选择合适的 JNI 函数来操作JVM 中的数据结构。

在 C 语言中，JNIEnv 是一个指向 JNINativeInterface_ 结构体的指针：

#ifdef __cplusplus
typedef JNIEnv_ JNIEnv;
#else
typedef const struct JNINativeInterface_ *JNIEnv; // C 语言
#endif
struct JNINativeInterface_ {
    void *reserved0;
    void *reserved1;
    void *reserved2;
    void *reserved3;
    jint (JNICALL *GetVersion)(JNIEnv *env);
    jclass (JNICALL *DefineClass)
      (JNIEnv *env, const char *name, jobject loader, const jbyte *buf,
       jsize len);
    jstring (JNICALL *NewStringUTF)
      (JNIEnv *env, const char *utf);
    //省略其他函数指针
    //......
}
#ifdef __cplusplus

typedef JNIEnv_ JNIEnv;

#else

typedef const struct JNINativeInterface_ *JNIEnv; // C 语言
#endif



struct JNINativeInterface_ {
    void *reserved0;
    void *reserved1;
    void *reserved2;


    void *reserved3;
    jint (JNICALL *GetVersion)(JNIEnv *env);

    jclass (JNICALL *DefineClass)
      (JNIEnv *env, const char *name, jobject loader, const jbyte *buf,
       jsize len);


    jstring (JNICALL *NewStringUTF)
      (JNIEnv *env, const char *utf);

    //省略其他函数指针
    //......
}
#ifdef __cplusplus

typedef JNIEnv_ JNIEnv;

#else

typedef const struct JNINativeInterface_ *JNIEnv; // C 语言
#endif



struct JNINativeInterface_ {
    void *reserved0;
    void *reserved1;
    void *reserved2;


    void *reserved3;
    jint (JNICALL *GetVersion)(JNIEnv *env);

    jclass (JNICALL *DefineClass)
      (JNIEnv *env, const char *name, jobject loader, const jbyte *buf,
       jsize len);


    jstring (JNICALL *NewStringUTF)
      (JNIEnv *env, const char *utf);

    //省略其他函数指针
    //......
}

JNINativeInterface_ 结构体中定义了非常多的函数指针，这些函数用于简化我们的 JNI 编程。C 语言中，JNIEnv 中函数的使用方式如下:

//JNIEnv * env
// env 的实际类型是 JNINativeInterface_**
(*env)->NewStringUTF(env,"Hello from JNI !");
//JNIEnv * env

// env 的实际类型是 JNINativeInterface_**
(*env)->NewStringUTF(env,"Hello from JNI !");
//JNIEnv * env

// env 的实际类型是 JNINativeInterface_**
(*env)->NewStringUTF(env,"Hello from JNI !");

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
    //......
}
#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
    //......
}
#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
    //......
}

JNIEnv_ 结构体中同样定义了非常多的成员函数，这些函数用于简化我们的 JNI 编程。C++ 语言中，JNIEnv 中函数的使用方式如下:

//JNIEnv * env
// env 的实际类型是 JNIEnv_*
env->NewstringUTF ( "Hello from JNI ! ");
//JNIEnv * env

// env 的实际类型是 JNIEnv_*
env->NewstringUTF ( "Hello from JNI ! ");
//JNIEnv * env

// env 的实际类型是 JNIEnv_*
env->NewstringUTF ( "Hello from JNI ! ");

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

// 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 !");
}
// 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 !");
}
// 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 呢：

//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();
}
//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();
}
//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();
}

3. JNIEnv 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
New<Type>Array 创建类型为Type的数组对象
Get<Type>Field 获取类型为Type的字段
Set<Type>Field 设置类型为Type的字段的值
GetStatic<Type>Field 获取类型为Type的static的字段
SetStatic<Type>Field 设置类型为Type的static的字段的值
Call<Type>Method 调用返回类型为Type的方法
CallStatic<Type>Method 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
docs.oracle.com/en/java/jav…

参考资料

关于

我叫阿豪，2015 年本科毕业于国防科技大学指挥自动化专业，毕业后，从事信息化装备的研发工作。主要研究方向为 Android Framework 与 Linux Kernel，2023年春节后开始做 Android Framework 相关的技术分享。

如果你对 Framework 感兴趣或者正在学习 Framework，可以参考我总结的Android Framework 学习路线指南,也可关注我的微信公众号，我会在公众号上持续分享我的经验，帮助正在学习的你少走一些弯路。学习过程中如果你有疑问或者你的经验想要分享给大家可以添加我的微信，我拉你进技术交流群。

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