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安卓JNI精细化讲解,让你彻底了解JNI(一):环境搭建与HelloWord

2019年11月22日 15:28  | 萬仟网IT编程  | 我要评论

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├──1.1、jni
├──1.2、ndk
├──1.3、cmake与ndk-build

3、native c++ 项目(helloword案例)

├── 3.2、cmake的应用(详细讲解)

1、基础概念

1.1、jni

jni(java native interface)java本地接口,使得java与c/c++具有交互能力

1.2、ndk

ndk(native development kit) 本地开发工具包,允许使用原生语言(c和c++)来实现应用程序的部分功能

android ndk开发的主要作用:

1、特定场景下,提升应用性能;
2、代码保护,增加反编译难度;
3、生成库文件,库可重复使用,也便于平台、项目间移植;

1.3、cmake与ndk-build

当我们基于ndk开发出native功能后,通常需要编译成库文件,给android项目使用。
目前,有两种主流的编译方式:__cmake__与ndk-build

__cmake__与__ndk-build__是两种不同的编译工具(与android代码和c/c++代码无关)

cmake

cmake是androidstudio2.2之后引入的跨平台编译工具(特点:简单易用,2.2之后是默认的ndk编译工具)

如何配置:
   1、创建cmakelists.txt文件,配置cmake必要参数;
   2、使用gradle配置cmakelists.txt以及native相关参数;

如何编译库文件:
   1、android studio执行build即可;

ndk-build

ndk-build是ndk中包含的脚本工具(可在ndk目录下找到该工具,为了方便使用,通常配置ndk的环境变量)

如何配置:
   1、创建android.mk文件,配置ndk-build必要参数;
   2、可选创建application.mk文件,配置ndk-build参数 (该文件的配置项可使用gradle的配置替代);
   3、使用gradle配置android.mk以及native相关参数;

2、如何编译库文件(两种方式):
   1、android studio执行build即可(执行了:android.mk + gradle配置);
   2、也可在terminal、mac终端、cmd终端中通过ndk-build命令直接构建库文件(执行了:android.mk)

2、环境搭建

jni安装
jni 是jdk里的内容,电脑上正确安装并配置jdk即可 (jdk1.1之后就正式支持了);

ndk安装
可从官网自行下载、解压到本地,也可基于androidstudio下载解压到默认目录;

编译工具安装
cmake 可基于androidstudio下载安装;
ndk-build 是ndk里的脚本工具,ndk安装好即可使用ndk-build;

当前演示,使用的android studio版本如下(当前最新版):

启动android studio --> 打开sdk manager --> sdk tools,如下图所示:

我们选择ndk、cmake、lldb(调试native时才会使用),选择apply进行安装,等安装成功后,ndk开发所依赖的环境也就都齐全了。

3、native c++ 项目(helloword案例)

3.1、项目创建(java / kotlin)

新建项目,选择 native c++,如下图:

新创建的项目,默认已包含完整的native 示例代码、cmake配置 ,如下图:

这样,我们就可以自己定义java native方法,并在cpp目录中写native实现了,很方便。

但是,当我们写完native的实现代码,希望运行app,查看jni的交互效果,此时,就需要使用编译工具了,咱们还是先看一下android studio默认的native编译方式吧:cmake

3.2、cmake的应用

在cmake编译之前,咱们应该先做哪些准备工作?

1、ndk环境是否配置正确?
-- 如果未配置正确是无法进行c/c++开发的,更不用说cmake编译了

2、c/c++功能是否实现? 
-- 此次演示主要使用系统默认创建的native-lib.cpp文件,关于具体如何实现:后续文章再详细讲解

3、cmakelists.txt是否创建并正确配置? 
-- 该文件是cmake工具编译的基础,未配置或配置项错误,均会影响编译结果

4、gradle是否正确配置?
-- gradle配置也是cmake工具编译的基础,未配置或配置项错误,均会影响编译结果

除此之外,咱们还应该学习cmake的哪些重要知识?

1、cmake工具编译生成的库文件默认在什么位置?apk中库文件又是在什么位置?
2、cmake工具如何指定编译生成的库文件位置?
3、cmake工具如何指定生成不同cpu平台对应的库文件?

带着这些问题,咱们开始cmake之旅吧:

3.2.1、ndk环境检查

编译前,建议先检查下工程的ndk配置情况(不然容易报一些乱七八糟的错误):
file --> project structure --> sdk location,如下图(我本地的android studio默认没有给配置ndk路径,那么,需要自己手动指定一下):

3.2.2、c/c++功能实现

因为本节主讲cmake编译工具,代码就不单独写了,咱们直接使用工程默认生成的native-liv.cpp,简单调整一下native实现方法的代码吧(修改返回文本信息):

因native c++工程默认已配置好了cmakelists.txt和gradle,所以咱们可直接运行工程看效果,如下图:

jni交互效果我们已经看到了,说明cmake编译成功了。那么,这究竟是怎么做到的呢?咱们接着分析一下吧:

3.2.3、cmake生成的库文件与apk中的库文件

安卓工程编译时,会执行cmake编译,在 工程/app/build/.../cmake/ 中会产生对应的so文件,如下图:

继续编译安卓工程,会根据build中的内容,生成我们的*.apk安装包文件。我们找到、反编译apk安装包文件,查找so库文件。原来在apk安装包中,so库都被存放在lib目录中,如下图:

3.2.4、cmake是如何编译生成so库的呢?

在前面介绍cmake定义时,提到了cmake是基于cmakelists.txt文件和gradle配置实现编译native类的。那么,咱们先来看一下cmakelists.txt文件吧:

#cmake最低版本要求
cmake_minimum_required(version 3.4.1)

#添加库
add_library(
        # 库名
        native-lib

        # 类型:
        # shared 是指动态库,对应的是.so文件
        # static 是指静态库,对应的是.a文件
        # 其他类型:略
        shared

        # native类路径
        native-lib.cpp)

# 查找依赖库
find_library( 
        # 依赖库别名
        log-lib

        # 希望加到本地的ndk库名称,log指ndk的日志库
        log)


# 链接库,建立关系( 此处就是指把log-lib 链接给 native-lib使用 )
target_link_libraries( 
        # 目标库名称(native-lib 是咱们要生成的so库)
        native-lib

        # 要链接的库(log-lib 是上面查找的log库)
        ${log-lib})

实际上,cmakelist.txt可配置的内容远不止这些,如:so输出目录,生成规则等等,有需要的同学可查下官网。

接着,咱们再看一下app的gradle又是如何配置cmake的呢?

apply plugin: 'com.android.application'

android {
    compilesdkversion 29
    buildtoolsversion "29.0.1"
    defaultconfig {
        applicationid "com.qxc.testnativec"
        minsdkversion 21
        targetsdkversion 29
        versioncode 1
        versionname "1.0"
        testinstrumentationrunner "androidx.test.runner.androidjunitrunner"
        //定义cmake默认配置属性
        externalnativebuild {
            cmake {
                cppflags ""
            }
        }
    }
    
    //定义cmake对应的cmakelist.txt路径(重要)
    externalnativebuild {
        cmake {
            path "src/main/cpp/cmakelists.txt"
        }
    }
}

dependencies {
    implementation filetree(dir: 'libs', include: ['*.jar'])
    implementation 'androidx.appcompat:appcompat:1.1.0'
    implementation 'androidx.constraintlayout:constraintlayout:1.1.3'
    testimplementation 'junit:junit:4.12'
    androidtestimplementation 'androidx.test.ext:junit:1.1.1'
    androidtestimplementation 'androidx.test.espresso:espresso-core:3.2.0'
}

实际上,gradle可配置的cmake内容也远不止这些,如:abi、cppflags、arguments等,有需要的同学可查下官网。

3.2.5、如何指定库文件的输出目录?

如果希望将so库生成到特定目录,并让项目直接使用该目录下的so,应该如何配置呢?
比较简单:需要在cmakelist.txt中配置库的输出路径信息,即:

cmake_library_output_directory

# cmake最低版本要求
cmake_minimum_required(version 3.4.1)

# 配置库生成路径
# cmake_current_source_dir是指 cmake库的源路径,通常是build/.../cmake/
# /../jnilibs/是指与cmakelist.txt所在目录的同级目录:jnilibs (如果没有会新建)
# android_abi 生成库文件时,采用gradle配置的abi策略(即:生成哪些平台对应的库文件)
set(cmake_library_output_directory ${cmake_current_source_dir}/../jnilibs/${android_abi})

# 添加库
add_library( # 库名
        native-lib

        # 类型:
        # shared 是指动态库,对应的是.so文件
        # static 是指静态库,对应的是.a文件
        # 其他类型:略
        shared

        # native类路径
        native-lib.cpp)

# 查找依赖库
find_library(
        # 依赖库别名
        log-lib

        # 希望加到本地的ndk库名称,log指ndk的日志库
        log)


# 链接库,建立关系( 此处就是指把log-lib 链接给native-lib使用 )
target_link_libraries(
        # 目标库名称(native-lib就是咱们要生成的so库)
        native-lib

        # 要链接的库(上面查找的log库)
        ${log-lib})

还需要在gradle中配置 jnilibs.srcdirs 属性(即:指定了lib库目录):

sourcesets {
        main {
            jnilibs.srcdirs = ['jnilibs']//指定lib库目录
        }
    }

接着,重新build就会在cpp相同目录级别位置生成jnilibs目录,so库也在其中了:

注意事项:
1、配置了cmake_current_source_dir,并非表示编译时直接将so生成在该目录中,实际编译时,so文件仍然是
先生成在build/.../cmake/中,然后再拷贝到目标目录中的

2、如果只配置了cmake_current_source_dir,并未在gradle中配置 jnilibs.srcdirs,也会有问题,如下:
more than one file was found with os independent path 'lib/arm64-v8a/libnative-lib.so'

此问题是指:在编译生成apk时,发现了多个so目录,android studio不知道使用哪一个了,所以需要咱们
告诉android studio当前工程使用的是jnilibs目录,而非build/.../cmake/目录
3.2.5、如何生成指定cpu平台对应的库文件呢?

我们可以在cmake中设置abifilters,也可在ndk中设置abifilters,效果是一样的:

defaultconfig {
        applicationid "com.qxc.testnativec"
        minsdkversion 21
        targetsdkversion 29
        versioncode 1
        versionname "1.0"
        testinstrumentationrunner "androidx.test.runner.androidjunitrunner"
        externalnativebuild {
            cmake {
                cppflags ""
                abifilters "arm64-v8a"
            }
        }
    }
defaultconfig {
        applicationid "com.qxc.testnativec"
        minsdkversion 21
        targetsdkversion 29
        versioncode 1
        versionname "1.0"
        testinstrumentationrunner "androidx.test.runner.androidjunitrunner"
        externalnativebuild {
            cmake {
                cppflags ""
            }
        }
        ndk {
            abifilters "arm64-v8a"
        }
    }

按照新的配置,我们重新运行工程,如下图:

再反编译看下工程,果然只有arm64-v8a的so库了,不过库文件在apk中仍然是放在lib目录,而非jnilibs(其实也很好理解,jnilibs只是我们本地的目录,便于我们管理库文件,真正生成apk时,仍然会按照lib目录放置库文件),如下图:

至此,cmake的主要技术点都讲完了,接下来咱们看下ndk-build吧~

3.3、ndk-build的应用

在ndk-build编译之前,咱们又应该先做哪些准备工作?

1、ndk-build环境变量是否正确配置?
-- 如果未配置,是无法在cmd、mac终端、terminal中使用ndk-build命令的(会报错:找不到命令)

2、ndk环境是否配置正确?
-- 如果未配置正确是无法进行c/c++开发的,更不用说ndk-build编译了

3、c/c++功能是否实现?
-- 此次演示主要使用系统默认创建的native-lib.cpp文件,关于具体如何实现:后续文章再详细讲解
-- 注意:为了与cmake区分,咱们新建一个“jni”目录存放c/c++文件、配置文件吧

4、android.mk是否创建并正确配置? 
-- 该文件是ndk-build工具编译的基础,未配置或配置项错误,均会影响编译结果

5、gradle是否正确配置?(可选项,如果通过cmd、mac终端、terminal执行ndk-build,可忽略)
-- gradle配置也是ndk-build工具编译的基础,未配置或配置项错误,均会影响编译结果

6、application.mk是否创建并正确配置?(可选项,一般配abi、版本,这些项均可在gradle中配置)
-- 该文件也是ndk-build工具编译的基础,未配置或配置项错误,均会影响编译结果

除此之外,咱们还应该学习ndk-build的哪些重要知识?

1、ndk-build工具如何指定编译生成的库文件位置?
2、ndk-build工具如何指定生成不同cpu平台对应的库文件?

带着这些问题,咱们继续ndk-build之旅吧:

3.3.1、环境变量配置

介绍ndk-build定义时,提到了其实它是ndk的脚本工具。那么,咱们还是先进ndk目录找一下吧,ndk-build工具的位置如下图:

如果我们希望任意情况下都能便捷的使用这种脚本工具,通常做法是配置其环境变量,否则我们在cmd、mac终端、terminal中执行 ndk-build 命令时,会报错:“未找到命令”

配置ndk的环境变量,也很简单,以mac电脑举例(如果是windows电脑,网上也有很多关于配置环境变量的文章,如果有需要可自行查下):

1、打开命令终端,输入命令: open -e .bash_profile,打开bash_profile配置文件

2、写入如下内容(ndk_home指向 ndk-build 所在路径):
export ndk_home=/users/xc/sdk/android-sdk-macosx/ndk/20.1.5948944
export path=$path:$ndk_home

3、生效.bash_profile配置
source .bash_profile

当我们在cmd、mac终端、terminal中执行 ndk-build 命令时,如果出现下图所示内容,则代表配置成功了:

3.3.2、c/c++功能实现

咱们使用比较常用的一种ndk-build方式吧:ndk-build + android.mk + gradle配置

项目中新建jni目录,拷贝一份cmake的代码实现吧:

1、新建jni目录
2、拷贝cpp/native-lib.cpp 至 jni目录下
3、重命名为haha.cpp (与cmake区分)
4、调整一下native实现方法的文本(与cmake运行效果区分)
5、新建android.mk文件

接着,编写android.mk文件内容:

#表示android.mk所在目录
local_path := $(call my-dir)

#clear_vars变量指向特殊 gnu makefile,用于清除部分local_变量
include $(clear_vars)

#模块名称
local_module    := haha
#构建系统用于生成模块的源文件列表
local_src_files := haha.cpp

#build_shared_library 表示.so动态库
#build_static_library 表示.a静态库
include $(build_shared_library)

配置gradle:

apply plugin: 'com.android.application'
android {
    compilesdkversion 28
    defaultconfig {
        applicationid "com.aaa.testnative"
        minsdkversion 16
        targetsdkversion 28
        versioncode 1
        versionname "1.0"
        testinstrumentationrunner "android.support.test.runner.androidjunitrunner"

        //定义ndkbuild默认配置属性
        externalnativebuild {
            ndkbuild {
                cppflags ""
            }
        }
    }
   
    //定义ndkbuild对应的android.mk路径(重要)
    externalnativebuild {
        ndkbuild{
            path "src/main/jni/android.mk"
        }
    }
}

dependencies {
    implementation filetree(dir: 'libs', include: ['*.jar'])
    implementation 'com.android.support:appcompat-v7:28.0.0'
    implementation 'com.android.support.constraint:constraint-layout:1.1.3'
    testimplementation 'junit:junit:4.12'
    androidtestimplementation 'com.android.support.test:runner:1.0.2'
    androidtestimplementation 'com.android.support.test.espresso:espresso-core:3.0.2'
}

现在,native代码、ndk-build配置都完成了,咱们运行看一下效果吧,如下图:

3.3.4、如何指定库文件的输出目录?

通常,可在android.mk文件中配置ndk_app_dst_dir
指定源目录与输出目录(与cmake类似)

#表示android.mk所在目录
local_path := $(call my-dir)

#设置库文件的输入目录
#输出目录 ../jnilibs/
#源目录 $(target_arch_abi)
ndk_app_dst_dir=../jnilibs/$(target_arch_abi)

#clear_vars变量指向特殊 gnu makefile,用于清除部分local_变量
include $(clear_vars)

#模块名称
local_module    := haha
#构建系统用于生成模块的源文件列表
local_src_files := haha.cpp

#build_shared_library 表示.so动态库
#build_static_library 表示.a静态库
include $(build_shared_library)
3.3.5、如何生成指定cpu平台对应的库文件呢?

可在gradle中配置abifilters(与cmake类似)

externalnativebuild {
            ndkbuild {
                cppflags ""
                abifilters "arm64-v8a"
            }
        }
externalnativebuild {
            ndkbuild {
                cppflags ""
            }
        }
  ndk {
            abifilters "arm64-v8a"
        }
3.3.6、如何在terminal中直接通过ndk-build命令构建库文件呢?

除了执行androidstudio的build命令,基于gradle配置 + android.mk编译生成库文件,我们还可以在cmd、mac 终端、terminal中直接通过ndk-build命令构建库文件,此处以terminal为例进行演示吧:

先进入包含android.mk文件的jni目录(android studio中可直接选中jni目录并拖拽到terminal中,会自动跳转到该目录),再执行ndk-build命令,如下图:

同样,编译也成功了,如下图:

因是直接在terminal中执行了ndk-build命令,所以只会根据android.mk进行编译(不包含gradle配置内容,也就不会执行abifilters过滤),生成了所有默认cpu平台的so库文件。

ndk-build命令其实也可以配上一些参数使用,此处就不再详解了。日常开发时,还是建议选择cmake作为native编译工具,因为是安卓主推的,而且更简单一些。

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