Android JNI深度解析：从零开始，手把手教你Java如何优雅地调用C/C++代码

文章描述（Meta Description）： 本文是Android JNI（Java Native Interface）的终极指南，详细讲解JNI的概念、作用、环境搭建，并通过完整实例演示Java如何调用C/C++ native方法，无论你是想提升性能、复用现有代码，还是深入底层学习，本文都将带你彻底掌握Android JNI开发的核心技术,解决开发中的痛点。

引言：为什么在Android开发中，我们需要JNI？

作为一名Android开发者，我们每天都在使用Java（或Kotlin）构建应用,你是否遇到过以下困境：

1. 性能瓶颈： 某些计算密集型任务（如图像处理、物理模拟）在Java层执行效率低下,难以达到性能要求。
2. 代码复用： 项目中存在大量经过长期验证、性能优异的C/C++库（如FFmpeg、OpenGL驱动），我们希望在Android中直接复用,而无需用Java重写。
3. 访问硬件/系统API： 某些底层的硬件接口或系统级功能，只提供了C/C++的SDK,无法直接在Java层调用。

这时，Android JNI（Java Native Interface） 就闪亮登场了，它是一座桥梁，连接着Java世界和C/C++世界，让我们能够无缝地在两种语言间进行交互，本文将作为你的导航图，带你从理论到实践，全面掌握Java调用C/C++的每一个细节。

JNI是什么？—— 连接Java与C/C++的桥梁

JNI（Java Native Interface） 是一个编程框架，它允许运行在Java虚拟机（JVM）中的Java代码与其它语言（如C、C++、汇编）编写的应用程序进行交互，JNI定义了一套规范和工具,让Java代码可以：

• 调用：调用本地方法（Native Methods），即用C/C++编写的函数。
• 被调用：让C/C++代码反过来调用Java的方法和访问Java的对象。

核心优势：

• 性能优化： 将关键性能代码用C/C++实现,摆脱JVM的性能开销。
• 代码复用： 直接集成现有的C/C++开源库或商业SDK。
• 访问底层： 与操作系统、硬件进行更直接的交互。

开发环境准备：你的Android Studio需要这些“装备”

在开始编码前,请确保你的开发环境已经配置妥当。

1. 基础环境：

   • 安装并配置好 JDK (Java Development Kit)。
   • 安装最新版本的 Android Studio。
   • 配置好 Android SDK 和 NDK (Native Development Kit)。NDK是JNI开发的基石，它提供了编译、打包本地代码所需的工具链和库。

2. 在Android Studio中配置NDK：

   • 打开 Tools -> SDK Manager。
   • 切换到 SDK Tools 标签页。
   • 勾选 NDK (Side by side) 和 CMake（一个跨平台的构建系统，推荐使用）。
   • 点击 Apply 进行安装。

   （小技巧：为了方便，可以在Android Studio的 File -> Project Structure -> Local Properties 中手动指定NDK和CMake的路径，方便项目迁移。）

   
   （图片来源网络，侵删）

JNI调用全流程实战：一个Hello World级别的完整示例

理论说再多，不如动手写一个，下面，我们将通过一个经典案例，走完从Java声明到C/C++实现的全过程。

步骤1：创建支持C++的Android项目

1. 在Android Studio中，选择 File -> New -> New Project...。
2. 选择 Native C++ 模板（这会自动帮我们配置好CMake和JNI相关的目录结构），然后点击 Next。
3. 填写项目名称、包名等信息,完成创建。

创建后，你会看到项目结构中多了一个 cpp 目录，这就是我们存放C/C++代码的地方。

步骤2：在Java代码中声明Native方法

打开你的MainActivity.java（或其他任意Java类），声明一个或多个 native 方法。native 关键字告诉编译器,这个方法的实现在另一个本地库中。

package com.example.jnidemo;
import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity;
import android.os.Bundle;
import android.widget.TextView;
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    // 1. 声明一个native方法
    // 注意：方法名需要遵循特定的命名规则，后面会解释
    public native String stringFromJNI();
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        TextView tv = findViewById(R.id.sample_text);
        // 2. 调用native方法
        tv.setText(stringFromJNI());
    }
}

步骤3：使用CMake配置构建本地库

打开 app 目录下的 CMakeLists.txt 文件，这个文件告诉CMake如何编译我们的C++代码。

# Sets the minimum version of CMake required to build the native library.
cmake_minimum_required(VERSION 3.18.1)
project("jnidemo")
# 指定C++标准
set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)
# 查找Android日志库
find_library(log-lib log)
# 添加你的本地库
# SHARED 表示生成一个动态链接库 (.so文件)
add_library(  # Sets the name of the library.
             jnidemo  # 指定库名，通常与Java中System.loadLibrary("库名")的参数一致
             SHARED  # 指定库的类型
             native-lib.cpp )  # 源文件名
# 将日志库链接到你的本地库
target_link_libraries(  # Specifies the target library.
                        jnidemo
                        # Links the target library to the log library
                        # Includes the log library in the linking process.
                        ${log-lib} )

步骤4：在C/C++中实现Native方法

最关键的一步来了，我们需要在 cpp/native-lib.cpp 文件中实现 stringFromJNI 方法。

关键点：JNI方法名规则 Java中声明的 native String stringFromJNI()，在C/C++中的实现函数名必须遵循以下规则： Java_包名_类名_方法名

• Java_: 固定前缀。
• 包名: 将 替换为 _。com.example.jnidemo -> com_example_jnidemo。
• 类名: Java类的全名。
• _方法名: Java方法名。

我们的函数名是：Java_com_example_jnidemo_MainActivity_stringFromJNI。

#include <jni.h>
#include <string>
// JNIEXPORT 和 JNICALL 是JNI宏，用于声明函数可以被外部调用
// JNICALL 在不同平台下可能有不同的实现，但通常可以省略
// jobject 是返回类型，对应Java中的Object
// JNIEnv* 是一个指向JNI环境的指针，是JNI函数的入口
// jobject thisObject 指的是调用这个native方法的Java对象实例
extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_example_jnidemo_MainActivity_stringFromJNI(
        JNIEnv* env,
        jobject /* this */) {
    // 使用JNIEnv指针来操作Java世界
    // env->NewStringUTF() 是一个JNI函数，用于将C++字符串创建为Java的String对象
    std::string hello = "Hello from C++!";
    return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}

代码解析：

• extern "C"：告诉C++编译器，使用C语言的链接方式，因为C++支持函数重载，而C不支持，JNI方法名是固定的，C风格的链接可以确保函数名不被“修饰”（mangled）。
• JNIEnv* env：这是JNI的“魔法之手”，通过它，你可以在C/C++代码中创建Java对象、调用Java方法、获取/设置Java对象的字段等。
• jobject thisObject：当native方法是非静态时，这个参数代表调用该方法的Java对象实例，如果是静态native方法，则参数为 jclass,代表Java的Class对象。
• jstring：这是JNI中的基本类型，对应Java中的 String，JNI定义了一套自己的类型系统（如 jint, jfloat, jobject等）。

步骤5：加载并运行本地库

我们需要在Java代码中加载我们创建的本地库，在 MainActivity 的 onCreate 方法中，调用 System.loadLibrary()。

// 在MainActivity的onCreate方法