第12章AndroidNDK編程12.1JNI與NDK簡介12.2NDK開發環境12.3NDK簡單示例本章總結

12.1JNI與NDK簡介

2.1.1JNI簡介JNI(JavaNativeInterface)，即Java原生接口，通過JNI可以在Java代碼中調用C/C++等語言的代碼，也可以在C/C++代碼中調用Java代碼。Java與C/C++通信框架如圖12.1所示。此處需要注意的是：JNI是Java調用Native語言的一種特性，是屬于Java的，與Android無直接關系。

圖12.1Java與C/C++通信框架

Java具備跨平臺的特點，導致了Java與本地代碼交互的能力非常弱，而采用JNI之后，Java與本地代碼交互的能力就會大大增強。除此之外，許多基于JNI的標準庫以及相關的API可以供Java程序員使用，提高開發的效率。JNI框架允許Native層語言與Java層語言雙向交互，給開發帶來了極大的優勢。

接下來了解一下JNI的實現步驟，具體如下所示。

(1)編寫帶有Native方法的Java類(即需要調用的本地方法)；

(2)使用javac命令編譯所編寫的Java類(得到.class文件)；

(3)使用javah+Java類名生成擴展名為h的頭文件(.h文件)；

(4)用C/C++實現Java中聲明的Native方法；

(5)將C/C++編寫的文件生成動態鏈接庫(.so文件)；

(6)通過Java命令執行Java程序，最終實現Java調用本地代碼。

12.1.2NDK簡介

NDK(NativeDevelopmentKit)是Android的一個開發工具包，與Java并無直接關系。它主要是用來快速開發C、C++的動態庫，并自動將.so庫文件和應用一起打包成APK。主要在Android的場景下使用JNI時會用到NDK。

NDK具有如下的特點：

1.性能方面

(1)運行效率高。在開發要求高性能的需求中，采用C/C++更加有效率，如使用本地代碼(C/C++)執行算法，能大大提高算法的執行效率。

(2)代碼安全性高。Java是半解釋型語言，容易被反匯編后得到源代碼，而本地有些代碼類型(如C/C++)則不會，能提高系統的安全性。

2.功能方面

功能拓展性好，可方便地使用其他開發語言的開源庫，除了Java的開源庫，還可以使用開發語言(C/C++)的開源庫。

3.使用方面

易于代碼復用和移植，用本地代碼(如C/C++)開發的代碼不僅可在Android中使用，還可以嵌入其他類型平臺上使用。

除上述特點之外，讀者還需注意NDK提供的庫比較有限，僅用于處理算法效率和敏感的問題，另外NDK還提供了交叉編譯器，用于生成特定的CPU平臺動態庫。

接下來了解一下NDK的基本使用步驟，具體如下：

(1)配置好AndroidNDK開發環境；

(2)創建Android項目，并關聯NDK；

(3)在項目中聲明所需要調用的Native方法；

(4)使用C/C++實現在Android項目中聲明的Native方法；

(5)通過ndk–bulid命令編譯產生.so庫文件；

(6)編譯AndroidStudio工程，從而實現Android和本地代碼的交互。

12.1.3JNI與NDK的關系

12.1.1節和12.1.2節講述了JNI和NDK的概念、特點及使用步驟，讀者對二者有了基本的認識，但是可能還是有許多讀者學完之后仍不清楚兩者之間的關系，下面通過表格的形式讓讀者對JNI與NDK之間的關系有一個比較直觀的認識，如表12.1所示。

12.2NDK開發環境

首先下載并安裝CMake和NDK，在AndroidStudio主界面點擊File→Settings…→SystemSettings→AndroidSDK→SDKTools，選中NDK和CMake(如果有LLDB的話也可以一并選中安裝)，點擊Apply進行下載安裝，下載安裝完成后，最右側的Status欄中的內容會由Notinstalled變為Installed，如圖12.2所示。

圖12.2NDK及CMake下載安裝

NDK是Android原生開發套件，主要是為了在Android應用中使用C和C++代碼，前面已經詳細介紹過NDK。讀者在此處需要注意的是CMake，它是一款外部編譯工具，可與Gradle搭配使用來編譯原生庫(如果讀者只計劃使用ndk-build，則可以不需要該組件)。另外上面提到的LLDB是AndroidStudio用于調試原生代碼的調試程序，默認情況下，LLDB將與AndroidStudio一起安裝。

下載安裝完NDK和CMake后，需要配置一下NDK環境，在AndroidStudio主界面上點擊File→ProjectStructure…→SDKLocation，在AndroidNDKlocation部分，選擇NDK默認的安裝路徑，點擊OK按鈕即可，如圖12.3所示。

圖12.3AndroidNDKlocation

讀者也可以在下載完成時通過perties文件查看SDK和NDK在電腦上的保存路徑，如圖12.4所示。并在電腦上找到NDK對應的路徑，將其復制到上述AndroidNDKlocation部分也可。

圖12.4perties文件內容

如果沒有環境變量，那么再設置系統環境變量，右鍵點擊計算機→屬性→高級系統設置→環境變量→系統變量，新建一個系統變量，變量名為NDK_ROOT，變量值為NDK的路徑，然后點擊確定按鈕即可，如圖12.5所示。

圖12.5新建系統變量

然后再在Path變量路徑下添加NDK_ROOT變量，直接輸入%NDK_ROOT%即可(注意%NDK_ROOT%后邊需要加上分號)，如圖12.6所示。

圖12.6編輯Path系統變量

最后，測試一下環境變量是否配置成功，進入cmd命令行，輸入ndk-build回車，如果出現如圖12.7所示的結果，則說明環境變量配置成功。

圖12.7測試環境變量

接下來測試一下NDK開發環境是否配置成功。首先新建一個AndroidStudio工程，然后在SelectProjectTemplate界面中選擇NativeC++，如圖12.8所示。

圖12.8選擇工程模板

點擊Next按鈕進入工程配置界面，將Name修改為NDKTest，如圖12.9所示。

圖12.9configureproject

點擊Next按鈕，進入到如圖12.10所示的界面，在C++Standard部分選擇默認CMake設置的ToolchainDefault選項。

圖12.10CustomizeC++Support界面

點擊Finish按鈕，完成新項目的創建。打開Project面板，選擇Android視圖。大家可以發現，NDKTest工程比之前的Android工程多了一個cpp文件夾，如圖12.11所示。圖12.11NDKTest工程目錄結構

至此，大家對一個最簡單的NDK工程有了初步的認識。接下來運行程序，運行結果如圖12.12所示。大家可以看到App主界面中顯示一段文字“HellofromC++”，表明在工程的Java程序中成功獲取到C++程序中的數據，實現了二者的交互。圖12.12NDKTest運行結果

最后總結一下從編譯到運行示例的流程。

(1)?Gradle：調用外部構建腳本，也就是CMakeLists.txt。

(2)?CMake：根據構建腳本的指令去編譯一個C++源文件，也就是native-lib.cpp，將編譯后的文件放進共享對象庫中，并將其命名為libnative-lib.so，然后Gradle將其打包到APK中。

(3)在運行期間，Android中的MainActivity會調用System.loadLibrary()方法，加載nativelibrary。而這個庫的原生函數：stringFromJNI()，就可以為App所用了。

(4)?Android中的MainActivity通過publicnativeStringstringFromJNI()的JNI接口調用stringFromJNI()函數，然后返回“HellofromC++”，并在主界面中更新TextView的顯示。

如果讀者想驗證一下Gradle是否將nativelibrary打包進了APK文件，可以借助AndroidStudio上的APKAnalyzer。依次選擇Build→AnalyzeAPK→app/build/outputs/apk/debug→app-debug.apk→ok，在AnalyzeAPK窗口中，選擇lib/x86(筆者的ABI為x86，Android目前支持七種ABI，所以讀者的ABI可能是armeabi、armeabi-v7a等剩余的六種，讀者根據自己平臺的情況進行選擇)，就可以看見libnative-lib.so文件，結果如圖12.13所示。

圖12.13APKAnalyzer

12.3NDK簡單示例

首先創建一個不引進C++庫的demo，選擇EmptyActivity，然后點擊Next按鈕，修改工程名為NDKDemo，點擊Finish按鈕。工程結構如圖12.14所示。這是一個大家最熟悉、最簡單的Android工程，沒有與NDK相關的文件。

圖12.14NDKDemo工程結構

接下來要在該工程的基礎上進行NDK開發。首先需要為該程序部署C/C++環境以及Cmake編譯環境。將Android工程切換到Project結構視圖下，依次點擊app→src→main，在main文件夾下新建cpp文件夾，并在cpp文件夾下新建CMakeLists.txt，如圖12.15所示。

圖12.15cpp及CMakeLists.txt

然后點擊File→linkC++ProjectwithGradle，在彈出來的對話框中，BuildSystem選擇CMake，ProjectPath選擇CMakeLists.txt的路徑，點擊OK，如圖12.16所示。此處需要注意：CMakeLists.txt文件一定要放在cpp文件夾下面，否則編譯會報錯。

圖12.16CMakeLists.txt文件路徑

配置完CMakeLists.txt后，發現工程報錯：Causedby:org.gradle.api.InvalidUserDataException:NDKnotconfigured.DownloaditwithSDKmanager.PreferredNDKversionis'20.0.5594570'.Log:E:\ASProject\NDKDemo\app\.cxx\ndk_locator_record.json。可以看到錯誤是由于沒有配置NDK引起的，此時要為工程配置NDK環境。在12.2節講過NDK環境的配置方法，即在AndroidStudio主界面點擊File→ProjectStructure…→SDKLocation，在AndroidNDKlocation部分，選擇NDK默認的安裝路徑，點擊OK按鈕即可。配置完成后，工程便不再報錯，此時app文件夾下又多了個.cxx文件夾，且文件夾下的ndk_locator_record.json文件中包含NDK配置路徑，具體如圖12.17所示。

圖12.17app文件夾

然后可以查看一下app文件夾下的build.gradle文件，里邊已經自動生成CMakeLists.txt文件路徑，如圖12.18所示。圖12.18gradle文件中CMakeLists.txt文件路徑

配置完后，運行程序，結果如圖12.19所示。

在主界面的文本框中隨機輸入5個數，比如：25、12、66、52、11，然后點擊冒泡排序按鈕，結果如圖12.20所示。圖12.19程序主界面圖12.20冒泡排序結果

NDK還有許多高級的用法，本書只是講了最基本的用法，