Android JNI 开发完全指南：从入门到精通

在 Android 开发中，有时我们不得不跳出 Java/Kotlin 的舒适区，深入到底层 C/C++ 世界。无论是为了极致性能、复用已有 C/C++ 库，还是调用系统级 API，JNI（Java Native Interface） 都是我们绕不开的桥梁。

本文将带你系统掌握 Android JNI 开发的核心知识，涵盖环境搭建、函数注册、数据类型转换、异常处理、线程安全等关键内容，助你从零构建稳定高效的 JNI 模块。

一、什么是 JNI？

JNI 是 Java 提供的一套标准接口，允许 Java 代码与本地（Native）语言（如 C/C++）进行交互。在 Android 中，它常用于：

调用高性能计算逻辑（如图像处理、音视频编解码）
复用已有的 C/C++ 库（如 OpenSSL、FFmpeg）
访问操作系统底层功能
实现反逆向保护（混淆关键逻辑）

⚠️ 注意：JNI 并非“银弹”。过度使用会增加复杂性、降低可维护性，并可能引入内存泄漏或崩溃风险。仅在必要时使用！

二、开发环境准备

1. 必备工具

Android Studio（建议最新稳定版）
NDK（Native Development Kit）：通过 SDK Manager 安装
CMake 或 ndk-build（推荐 CMake，官方主推）

2. 创建支持 JNI 的项目

在 build.gradle（Module 级别）中启用 NDK 支持：

android {
    defaultConfig {
        ndk {
            abiFilters 'arm64-v8a', 'armeabi-v7a' // 指定目标 ABI
        }
    }
    externalNativeBuild {
        cmake {
            path file('src/main/cpp/CMakeLists.txt')
            version '3.18.1'
        }
    }
}

在 src/main/cpp/ 目录下创建 native-lib.cpp 和 CMakeLists.txt。

三、第一个 JNI 程序

1. Java 层声明 native 方法

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    static {
        System.loadLibrary("native-lib"); // 加载 so 库
    }

    public native String getStringFromJNI();

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

2. C++ 实现

#include <jni.h>
#include <string>

extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_example_myapp_MainActivity_getStringFromJNI(JNIEnv *env, jobject thiz) {
    std::string hello = "Hello from C++!";
    return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}

🔑 函数命名规则：Java_包名_类名_方法名
使用 extern "C" 防止 C++ 名称修饰（name mangling）

3. CMakeLists.txt 配置

cmake_minimum_required(VERSION 3.18.1)
project("native-lib")

add_library(native-lib SHARED native-lib.cpp)

find_library(log-lib log)
target_link_libraries(native-lib ${log-lib})

编译后，APK 将包含对应 ABI 的 .so 文件。

四、JNI 函数注册方式

方式一：静态注册（默认）

即上述的命名约定方式。优点是简单，缺点是函数名冗长，且每次 Java 方法变动需重写 C++ 函数名。

方式二：动态注册（推荐用于大型项目）

在 JNI_OnLoad 中手动注册：

static JNINativeMethod methods[] = {
    {"getStringFromJNI", "()Ljava/lang/String;", (void*)getStringFromJNI},
    // 更多方法...
};

JNIEXPORT jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved) {
    JNIEnv* env;
    if (vm->GetEnv(reinterpret_cast<void**>(&env), JNI_VERSION_1_6) != JNI_OK) {
        return JNI_ERR;
    }

    jclass clazz = env->FindClass("com/example/myapp/MainActivity");
    env->RegisterNatives(clazz, methods, sizeof(methods)/sizeof(methods[0]));

    return JNI_VERSION_1_6;
}

优势：

函数名自由命名
启动时一次性注册，性能略优
更易管理大量 native 方法

五、数据类型映射与转换

Java 类型	JNI 类型	C/C++ 类型
boolean	jboolean	unsigned char
byte	jbyte	signed char
char	jchar	unsigned short
short	jshort	short
int	jint	int
long	jlong	long long
float	jfloat	float
double	jdouble	double
Object	jobject	void*

常见操作示例

字符串处理

// Java → C++
jstring jstr = ...;
const char* cstr = env->GetStringUTFChars(jstr, nullptr);
// 使用 cstr...
env->ReleaseStringUTFChars(jstr, cstr); // 必须释放！

// C++ → Java
const char* msg = "Hello";
jstring result = env->NewStringUTF(msg);

数组操作

jintArray arr = ...;
jsize len = env->GetArrayLength(arr);
jint* data = env->GetIntArrayElements(arr, nullptr);
// 修改 data...
env->ReleaseIntArrayElements(arr, data, 0); // 0 表示提交更改

🚨 警告：所有 GetXXX 操作必须配对 ReleaseXXX，否则会导致内存泄漏或 JVM 崩溃！

六、异常处理

JNI 中的异常不会自动抛给 Java 层，需手动检查：

jclass cls = env->FindClass("NonExistentClass");
if (cls == nullptr) {
    // 发生异常，清除并返回
    env->ExceptionClear();
    return -1;
}

常用方法：

ExceptionCheck()：检查是否有 pending 异常
ExceptionOccurred()：获取异常对象
ExceptionClear()：清除异常（否则后续 JNI 调用会失败）

七、线程与 JNIEnv

JNIEnv 不是线程安全的！ 每个线程有独立的 JNIEnv。
在非 Java 创建的线程中调用 JNI，需先附加到 VM：

JavaVM* g_jvm; // 全局保存，在 JNI_OnLoad 中获取

// 在子线程中
JNIEnv* env;
g_jvm->AttachCurrentThread(&env, nullptr);
// 使用 env...
g_jvm->DetachCurrentThread();

八、最佳实践与避坑指南

避免频繁跨语言调用：JNI 调用有开销，尽量批量处理数据。
及时释放引用：局部引用在函数返回后自动释放，但循环中需手动 DeleteLocalRef。
慎用全局引用：使用 NewGlobalRef 后务必 DeleteGlobalRef。
ABI 兼容性：明确支持的 CPU 架构，避免“so not found”错误。
调试技巧：使用 __android_log_print 打印日志（需链接 log 库）。

九、结语

JNI 是 Android 开发中的“双刃剑”——用得好，性能飞跃；用不好，bug 难测。掌握其核心机制、遵循规范、重视内存管理，才能安全高效地发挥其威力。

📚 推荐延伸阅读：

Android NDK 官方文档

《Android 软件安全权威指南》—— JNI 安全章节

JNI Specification（Oracle 官方）

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Android JNI 开发完全指南：从入门到精通

Android JNI 开发完全指南：从入门到精通

一、什么是 JNI？

二、开发环境准备

1. 必备工具

2. 创建支持 JNI 的项目

三、第一个 JNI 程序

1. Java 层声明 native 方法

2. C++ 实现

3. CMakeLists.txt 配置

四、JNI 函数注册方式

方式一：静态注册（默认）

方式二：动态注册（推荐用于大型项目）

五、数据类型映射与转换

常见操作示例

字符串处理

数组操作

六、异常处理

七、线程与 JNIEnv

八、最佳实践与避坑指南

九、结语

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