JNI静态注册和动态注册：JNI是什么？

JNI是什么？

JNI是Java Native Interface的缩写，中文名为JAVA本地调用。它允许Java代码和其他语言写的代码进行交互。JNI一开始是为了本地已编译语言，尤其是C和C++而设计的，但是它并不妨碍你使用其他语言，只要调用约定受支持就可以了。Java是支持调用C/C++代码的，不过不能直接调用，因此需要一个中间层来进行转换、翻译，这就是JNI(Java Native Interface)的意思，JNI的作用就是粘合Java代码和C++代码。

JNIEnv类型

JNIEnv类型实际上代表了java的环境，通过JNIEnv *指针就可以对java端的代码进行操作。

jclass类型

为了能够在c/c++中使用java类，jni.h头文件中专门定义了jclass类型来表示java中的class类：

• jclass FindClass(const char* name)
  • 通过类的名称获取jcalss，例如jclass str = env->FindClass (“java/lang/String”);获取java中String对象的class对象
• jclass GetObjectClass(jobject obj)
  • 通过对象的实例获取jclass
• jclass GetSuperClass(jclass obj) 通过jclass获取父类的jclass对象
• jclass GetMethodID(jclass clazz, const char* name, const char* sig)
  •  参数一：jclass 查找到的java类
  •  参数二：const char* name 方法名
  •  参数三：const char* sig 方法的返回值

JNI注册方法

​ 静态注册和动态注册。区别是效率。静态注册，每次使用native方法时，都要去寻找；而动态注册，由于有张表的存在，因此查找效率高。静态注册多用于NDK开发，而动态注册多用于Framework开发。不管是静态注册方法，还是动态注册方法，都需要将c文件编译成平台所需要的库。

静态注册

1. 定义
   通过 JNIEXPORT 和 JNICALL 两个宏定义声明，在虚拟机加载 so 时发现上面两个宏定义的函数时就会链接到对应的 native 方法。

2. 对应规则
   Java + 包名 + 类名 + 方法名

   其中使用下划线将每部分隔开，包名也使用下划线隔开，如果名称中本来就包含下划线，将使用下划线加数字替换。

   示例（包名：com.jane.jnidemo，类名MainActivity）：

   通过javah命令生成JNI的头文件

   javah -jni 包名+类名

   会生成一个.h的头文件，然后新建一个文件夹家jni，把它放入里面

   // Java native method，该方法具体实现由c/c++代码完成
   public native String stringFromJNI();
   
   
   // JNI method 
   JNIEXPORT jstring JNICALL
   Java_com_jane_jnidemo_MainActivity_stringFromJNI( JNIEnv *env, jobject instance);
    

动态注册

1. 动态注册是在JNi层实现的，JAVA层不需要关心，因为在system.load时就会去调用JNI_OnLoad，有就注册，没有就不注册。动态注册的原理：JNI 允许我们提供一个函数映射表，注册给 JVM，这样 JVM 就可以用函数映射表来调用相应的函数， 而不必通过函数名来查找相关函数(这个查找效率很低，函数名超级长)流程更加清晰可控，效率更高.。

2. 实现流程:
   1、利用结构体 JNINativeMethod 数组记录 java 方法与 JNI 函数的对应关系.
   2、实现 JNI_OnLoad 方法，在加载动态库后，执行动态注册.
   3、调用 FindClass 方法，获取 java 对象.
   4、调用 RegisterNatives 方法，传入 java 对象，以及 JNINativeMethod 数组，以及注册数目完成注册.

3. 动态注册的关键字是两个：
   1、JNI_OnLoad()方法，这个是载入Jni库后调用的第一个方法，在这里可以将方法对应表注册给JNI环境
   2、JNINativeMethod结构，这个结构是将jni层的方法映射到Java端方法的关键，name：JNI层的方法名

signature：Java层的方法签名 fnPtr：JNI层的函数指针，其定义如下：

typedefstruct{
constchar* name;
constchar* signature;
void*       fnPtr;
}JNINativeMethod;

java

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    // 加载so
    static {
        System.loadLibrary("native-lib");
    }

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        TextView tv = findViewById(R.id.sample_text);
        tv.setText(getString());
    }

    /**
     * 定义native方法
     */
    public native String getString();
}

#include <jni.h>
#include <string>
/**
 * extern "C" ：主要作用就是为了能够正确实现C++代码调用其他C语言代码
 * JNIEXPORT，JNICALL ：告诉虚拟机，这是jni函数
 */
extern "C"
JNIEXPORT jstring JNICALL
native_getString(JNIEnv *env, jobject /* this */) {
    std::string hello = "Hello from C++";
    return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}
/**
 * 对应java类的全路径名，.用/代替
 */
const char *classPathName = "com/chenpeng/registernativemethoddemo/MainActivity";

/**
 * JNINativeMethod 结构体的数组
 * 结构体参数1：对应java类总的native方法
 * 结构体参数2：对应java类总的native方法的描述信息，用javap -s xxxx.class 查看
 * 结构体参数3：c/c++ 种对应的方法名
 */
JNINativeMethod method[] = {{"getString", "()Ljava/lang/String;", (void *) native_getString}};

/**
 * 该函数定义在jni.h头文件中，System.loadLibrary()时会调用JNI_OnLoad()函数
 */
JNIEXPORT jint JNI_OnLoad(JavaVM *vm, void *reserved) {
    //定义 JNIEnv 指针
    JNIEnv *env = NULL;
    //获取 JNIEnv
    vm->GetEnv((void **) &env, JNI_VERSION_1_6);
    //获取对应的java类
    jclass clazz = env->FindClass(classPathName);
    //注册native方法
    env->RegisterNatives(clazz, method, 1);
    //返回Jni 的版本
    return JNI_VERSION_1_6;
}

参考实例：

java代码

package cn.wjdiankong.encryptdemo;

import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.util.Log;
import android.view.View;

public class MainActivity extends Activity {

     static {
        System.loadLibrary("encrypt");
    }

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        findViewById(R.id.btn).setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                boolean res = isEquals("123456");
                Log.i("jw", "res:" + res);
            }
        });

    }

    private native boolean isEquals(String str);

}

头文件

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class cn_wjdiankong_encryptdemo_MainActivity */

#ifndef _Included_cn_wjdiankong_encryptdemo_MainActivity
#define _Included_cn_wjdiankong_encryptdemo_MainActivity
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     cn_wjdiankong_encryptdemo_MainActivity
 * Method:    isEquals
 * Signature: (Ljava/lang/String;)Z
 */
JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_cn_wjdiankong_encryptdemo_MainActivity_isEquals
  (JNIEnv *, jobject, jstring);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

c文件

// Created by jiangwei1-g on 2016/5/23.
#include "encrypt.h"
#include "cn_wjdiankong_encryptdemo_MainActivity.h"
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

char key_src[] = {'z','y','t','y','r','T','R','A','*','B','n','i','q','C','P','p','V','s'};

int is_number(const char* src){
    if(src == NULL){
        return 0;
    }
    while(*src != '\0'){
        if(*src < 48 || *src > 57){
            return 0;
        }
        src++;
    }
    return 1;
}

char * get_encrypt_str(const char* src){
    if(src == NULL){
        return NULL;
    }
    int len = strlen(src);
    len++;
    char *dest = (char*) malloc(len * sizeof(char));
    char *head = dest;
    char *tmp = src;
    int i=0;
    int key_len = 18;
    for(;i<len;i++){
        int index = (*tmp) - 48;
        if(index == 0){
            index = 1;
        }
        *dest = key_src[key_len-index];
        tmp++;
        dest++;
    }
    dest++;
    *dest = '\0';
    return head;
}

JNIEXPORT jboolean JNICALL jiangwei
        (JNIEnv * env, jobject obj, jstring str)
{

    LOGD("JNIEnv1:%p", env);

    const char *strAry = (*env)->GetStringUTFChars(env, str, 0);
    int len = strlen(strAry);
    char* dest = (char*)malloc(len);
    strcpy(dest, strAry);

    int number = is_number(strAry);
    if(number == 0){
        return 0;
    }

    char* encry_str = get_encrypt_str(strAry);
    const char* pas = "ssBCqpBssP";
    int result = strcmp(pas, encry_str);

    (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, str, strAry);

    if(result == 0){
        return 1;
    }else{
        return 0;
    }

}

pthread_t t_id;

int getnumberfor_str(char* str){
    if(str == NULL){
        return -1;
    }
    char result[20];
    int count = 0;
    while(*str != '\0'){
        if(*str >= 48 && *str <= 57){
            result[count] = *str;
            count++;
        }
        str++;
    }
    int val = atoi(result);
    return val;
}

void thread_fuction() {
    int pid = getpid();
    char file_name[20] = {'\0'};
    sprintf(file_name, "/proc/%d/status",pid);
    char linestr[256];
    int i=0, traceid;
    FILE *fp;
    while(1){
        i = 0;
        fp = fopen(file_name,"r");
        if(fp == NULL){
            break;
        }
        while(!feof(fp)){
            fgets(linestr, 256, fp);
            if(i == 5){
                traceid = getnumberfor_str(linestr);
                if(traceid > 0){
                    LOGD("I was be traced...trace pid:%d",traceid);
                    exit(0);
                }
                break;
            }
            i++;
        }
        fclose(fp);
        sleep(5);
    }

}

void create_thread_check_traceid(){
    int err = pthread_create(&t_id,NULL, thread_fuction, NULL);
    if(err != 0 ) {
        LOGD("create thread fail: %s\n",strerror(err));
    }
}

const char *app_signature= "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";
int equal_sign(JNIEnv* env){

    //调用Java层的Utils中的获取签名的方法
    char* className = "cn/wjdiankong/encryptdemo/Utils";
    jclass clazz = (*env)->FindClass(env, className);
    if (clazz == NULL) {
        LOGD("not find class '%s'", className);
        return 1;
    }

    LOGD("class name:%p", clazz);

    jmethodID method = (*env)->GetStaticMethodID(env, clazz, "getSignature", "()Ljava/lang/String;");
    if(method == NULL){
        LOGD("not find method '%s'", method);
        return 1;
    }

    jstring obj = (jstring)(*env)->CallStaticObjectMethod(env, clazz,method);
    if(obj == NULL){
        LOGD("method invoke error:%p", obj);
        return 1;
    }

    const char *strAry = (*env)->GetStringUTFChars(env, obj, 0);
    int cmpval = strcmp(strAry, app_signature);
    if(cmpval == 0){
        return 1;
    }

    (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, obj, strAry);

    return 0;

}

//定义目标类名称
static const char *className = "cn/wjdiankong/encryptdemo/MainActivity";

//定义方法隐射关系
static JNINativeMethod methods[] = {
        {"isEquals", "(Ljava/lang/String;)Z", (void*)*jiangwei},
};

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved){
    LOGD("JNI on load...");

    //检测自己有没有被trace
    create_thread_check_traceid();

    //声明变量
    jint result = JNI_ERR;
    JNIEnv* env = NULL;
    jclass clazz;
    int methodsLenght;

    //获取JNI环境对象
    if ((*vm)->GetEnv(vm, (void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
        LOGD("ERROR: GetEnv failed\n");
        return JNI_ERR;
    }

    LOGD("JNIEnv:%p", env);
    LOGD("start equal signature...");
    int check_sign = equal_sign(env);
    LOGD("check_sign:%d", check_sign);
    if(check_sign == 0){
        exit(0);
    }

    //注册本地方法.Load 目标类
    clazz = (*env)->FindClass(env,className);
    if (clazz == NULL) {
        LOGD("Native registration unable to find class '%s'", className);
        return JNI_ERR;
    }

    //建立方法隐射关系
    //取得方法长度
    methodsLenght = sizeof(methods) / sizeof(methods[0]);
    if ((*env)->RegisterNatives(env,clazz, methods, methodsLenght) < 0) {
        LOGD("RegisterNatives failed for '%s'", className);
        return JNI_ERR;
    }

    result = JNI_VERSION_1_4;
    return result;
}

//onUnLoad方法，在JNI组件被释放时调用
void JNI_OnUnload(JavaVM* vm, void* reserved){
    LOGD("JNI unload...");
}

附链接：

https://sec.mrfan.xyz/2019/08/19/JNI%E8%B0%83%E7%94%A8%E5%92%8C%E5%8A%A8%E6%80%81%E6%B3%A8%E5%86%8C%E6%8E%A2%E7%B4%A2/#0x03-%E6%90%9C%E6%9F%A5%E9%9D%99%E6%80%81%E6%B3%A8%E5%86%8C%E5%87%BD%E6%95%B0