JNI 编程上手指南之 JNI 调用性能优化

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为什么要做性能优化

  • Java 程序中，调用一个 Native 方法相比调用一个 Java 方法要耗时很多，我们应该减少 JNI 方法的调用，同时一次 JNI 调用尽量完成更多的事情。对于过于耗时的 JNI 调用，应该放到后台线程调用。
  • Native 程序要访问 Java 对象的字段或调用它们的方法时，本机代码必须调用 FindClass()、GetFieldID()、GetStaticFieldID、GetMethodID() 和 GetStaticMethodID() 等方法，返回的 ID 不会在 JVM 进程的生存期内发生变化。但是，获取字段或方法的调用有时会需要在 JVM 中完成大量工作，因为字段和方法可能是从超类中继承而来的，这会让 JVM 向上遍历类层次结构来找到它们。为了提高性能，我们可以把这些 ID 缓存起来，用内存换性能。

使用时缓存

Java 层：

public class TestJavaClass {
    //......
    private void myMethod() {
        Log.i("JNI", "this is java myMethod");
    }
    //......
}
public native void cacheTest();
public class TestJavaClass {

    //......
    private void myMethod() {
        Log.i("JNI", "this is java myMethod");
    }
    //......
}


public native void cacheTest();
public class TestJavaClass {

    //......
    private void myMethod() {
        Log.i("JNI", "this is java myMethod");
    }
    //......
}


public native void cacheTest();

Natice 层

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_yuandaima_myjnidemo_MainActivity_cacheTest(JNIEnv *env, jobject thiz) {
    jclass clazz = env->FindClass("com/yuandaima/myjnidemo/TestJavaClass");
    if (clazz == NULL) {
        return;
    }
    static jmethodID java_construct_method_id = NULL;
    static jmethodID java_method_id = NULL;
    //实现缓存的目的，下次调用不用再获取 methodid 了
    if (java_construct_method_id == NULL) {
        //构造函数 id
        java_construct_method_id = env->GetMethodID(clazz, "<init>", "()V");
        if (java_construct_method_id == NULL) {
            return;
        }
    }
    //调用构造函数，创建一个对象
    jobject object_test = env->NewObject(clazz, java_construct_method_id);
    if (object_test == NULL) {
        return;
    }
    //相同的手法，缓存 methodid
    if (java_method_id == NULL) {
        java_method_id = env->GetMethodID(clazz, "myMethod", "()V");
        if (java_method_id == NULL) {
            return;
        }
    }
    //调用 myMethod 方法
    env->CallVoidMethod(object_test, java_method_id);
    env->DeleteLocalRef(clazz);
    env->DeleteLocalRef(object_test);
}
extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_yuandaima_myjnidemo_MainActivity_cacheTest(JNIEnv *env, jobject thiz) {


    jclass clazz = env->FindClass("com/yuandaima/myjnidemo/TestJavaClass");
    if (clazz == NULL) {
        return;
    }


    static jmethodID java_construct_method_id = NULL;
    static jmethodID java_method_id = NULL;

    //实现缓存的目的，下次调用不用再获取 methodid 了
    if (java_construct_method_id == NULL) {
        //构造函数 id
        java_construct_method_id = env->GetMethodID(clazz, "<init>", "()V");
        if (java_construct_method_id == NULL) {
            return;
        }
    }

    //调用构造函数，创建一个对象
    jobject object_test = env->NewObject(clazz, java_construct_method_id);
    if (object_test == NULL) {
        return;
    }
    //相同的手法，缓存 methodid
    if (java_method_id == NULL) {
        java_method_id = env->GetMethodID(clazz, "myMethod", "()V");
        if (java_method_id == NULL) {
            return;
        }
    }

    //调用 myMethod 方法
    env->CallVoidMethod(object_test, java_method_id);

    env->DeleteLocalRef(clazz);
    env->DeleteLocalRef(object_test);
}
extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_yuandaima_myjnidemo_MainActivity_cacheTest(JNIEnv *env, jobject thiz) {


    jclass clazz = env->FindClass("com/yuandaima/myjnidemo/TestJavaClass");
    if (clazz == NULL) {
        return;
    }


    static jmethodID java_construct_method_id = NULL;
    static jmethodID java_method_id = NULL;

    //实现缓存的目的，下次调用不用再获取 methodid 了
    if (java_construct_method_id == NULL) {
        //构造函数 id
        java_construct_method_id = env->GetMethodID(clazz, "<init>", "()V");
        if (java_construct_method_id == NULL) {
            return;
        }
    }

    //调用构造函数，创建一个对象
    jobject object_test = env->NewObject(clazz, java_construct_method_id);
    if (object_test == NULL) {
        return;
    }
    //相同的手法，缓存 methodid
    if (java_method_id == NULL) {
        java_method_id = env->GetMethodID(clazz, "myMethod", "()V");
        if (java_method_id == NULL) {
            return;
        }
    }

    //调用 myMethod 方法
    env->CallVoidMethod(object_test, java_method_id);

    env->DeleteLocalRef(clazz);
    env->DeleteLocalRef(object_test);
}

手法还是比较简单的，主要是通过一个全局变量保存 methodid，这样只有第一次调用 native 函数时，才会调用 GetMethodID 去获取，后面的调用都使用缓存起来的值了。这样就避免了不必要的调用，提升了性能。

静态初始化缓存

Java 层：

static {
    System.loadLibrary("myjnidemo");
    initIDs();
}
public static native void initIDs();
static {
    System.loadLibrary("myjnidemo");
    initIDs();
}

public static native void initIDs();
static {
    System.loadLibrary("myjnidemo");
    initIDs();
}

public static native void initIDs();

C++ 层：

//定义用于缓存的全局变量
static jmethodID java_construct_method_id2 = NULL;
static jmethodID java_method_id2 = NULL;
extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_yuandaima_myjnidemo_MainActivity_initIDs(JNIEnv *env, jclass clazz) {
    jclass clazz2 = env->FindClass("com/yuandaima/myjnidemo/TestJavaClass");
    if (clazz == NULL) {
        return;
    }
    //实现缓存的目的，下次调用不用再获取 methodid 了
    if (java_construct_method_id2 == NULL) {
        //构造函数 id
        java_construct_method_id2 = env->GetMethodID(clazz2, "<init>", "()V");
        if (java_construct_method_id2 == NULL) {
            return;
        }
    }
    if (java_method_id2 == NULL) {
        java_method_id2 = env->GetMethodID(clazz2, "myMethod", "()V");
        if (java_method_id2 == NULL) {
            return;
        }
    }
}
//定义用于缓存的全局变量
static jmethodID java_construct_method_id2 = NULL;
static jmethodID java_method_id2 = NULL;


extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_yuandaima_myjnidemo_MainActivity_initIDs(JNIEnv *env, jclass clazz) {

    jclass clazz2 = env->FindClass("com/yuandaima/myjnidemo/TestJavaClass");

    if (clazz == NULL) {
        return;
    }

    //实现缓存的目的，下次调用不用再获取 methodid 了
    if (java_construct_method_id2 == NULL) {
        //构造函数 id
        java_construct_method_id2 = env->GetMethodID(clazz2, "<init>", "()V");
        if (java_construct_method_id2 == NULL) {
            return;
        }
    }

    if (java_method_id2 == NULL) {
        java_method_id2 = env->GetMethodID(clazz2, "myMethod", "()V");
        if (java_method_id2 == NULL) {
            return;
        }
    }
}
//定义用于缓存的全局变量
static jmethodID java_construct_method_id2 = NULL;
static jmethodID java_method_id2 = NULL;


extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_yuandaima_myjnidemo_MainActivity_initIDs(JNIEnv *env, jclass clazz) {

    jclass clazz2 = env->FindClass("com/yuandaima/myjnidemo/TestJavaClass");

    if (clazz == NULL) {
        return;
    }

    //实现缓存的目的，下次调用不用再获取 methodid 了
    if (java_construct_method_id2 == NULL) {
        //构造函数 id
        java_construct_method_id2 = env->GetMethodID(clazz2, "<init>", "()V");
        if (java_construct_method_id2 == NULL) {
            return;
        }
    }

    if (java_method_id2 == NULL) {
        java_method_id2 = env->GetMethodID(clazz2, "myMethod", "()V");
        if (java_method_id2 == NULL) {
            return;
        }
    }
}

手法和使用时缓存是一样的，只是缓存的时机变了。如果是动态注册的 JNI 还可以在 Onload 函数中来执行缓存操作。

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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