JNI 基础 - Android 共享内存的序列化过程

1. 进程间的通信方式有哪些

2. binder 和 socket 通信的区别有哪些

3. Android 为什么在大部分场景下用 Binder 进行进程间通信

4. Serializable 和 Parcelable 之间的区别

5. Parcelable 序列化和反序列化的具体过程

不知道大家在面试中的过程中，有没有碰到上面类似的问题，我在腾讯和 oppo 面试的时候就碰到了，这些问题可能都比较简单。比如：Serializable 开销大，Parcelable 更加高效，但是若要问为什么是这样？恐怕就会有一小部分人答不上来了。今天我们就带大家来了解这些知识，既然学了一些 JNI 基础，那么我们自己从 native 层来实现这些。

之前讲 opencv 有说到，可以用纯 java 代码去写，在 opencv 中 native 层操作的是 Mat 数据矩阵，对应 java 层也有 Mat 这个类，我们看下 java 和 native 是怎么对应起来的。

1// C++: class Mat
2//javadoc: Mat
3public class Mat {
4
5    public final long nativeObj;
6
7    public Mat(long addr)
8    {
9        if (addr == 0)
10            throw new java.lang.UnsupportedOperationException("Native object address is NULL");
11        nativeObj = addr;
12    }
13
14    //
15    // C++: Mat::Mat()
16    //
17    // javadoc: Mat::Mat()
18    public Mat()
19    {
20        nativeObj = n_Mat();
21        return;
22    }
23
24    //
25    // C++: Mat::Mat(int rows, int cols, int type)
26    //
27    // javadoc: Mat::Mat(rows, cols, type)
28    public Mat(int rows, int cols, int type)
29    {
30        // 在 c++ 层创建一个对象，然后把指针地址 jlong 返回给 java 层
31        nativeObj = n_Mat(rows, cols, type); 
32        return;
33    }
34
35    // C++: Mat::Mat()
36    private static native long n_Mat();
37
38    // C++: Mat::Mat(int rows, int cols, int type)
39    private static native long n_Mat(int rows, int cols, int type);
40} 

1JNIEXPORT jlong JNICALL Java_org_opencv_core_Mat_n_1Mat__DDI
2  (JNIEnv* env, jclass, jdouble size_width, jdouble size_height, jint type)
3{
4    static const char method_name[] = "Mat::n_1Mat__DDI()";
5    try {
6        LOGD("%s", method_name);
7        Size size((int)size_width, (int)size_height);
8        return (jlong) new Mat( size, type );
9    } catch(const std::exception &e) {
10        throwJavaException(env, &e, method_name);
11    } catch (...) {
12        throwJavaException(env, 0, method_name);
13    }
14
15    return 0;
16} 

上面的代码比较简单，当我们调用 Mat mat = new Mat(720,1280,CvType.CV_8UC4) ，这个时候会调用 native 层去创建 c++ 的 Mat 对象，然后将指针地址回调给 java 层，为什么要这么做？其实我们也能猜到，c++ 操作的是 native 层的 Mat 的对象，我们把创建好的对象指针给 java 层，是为了再次在 native 层操作的时候，可以根据指针地址找到对应 c++ 的 Mat 对象，然后就可以进行一些列的操作。

为什么讲到 opencv 去了？其实这次的重点就是，在 JNI 的开发过程中，native 层的对象怎么传给 java 层的对象进行保存和操作。接下来我们再来看一个例子 Android 共享内存的序列化过程，相信只要看过 Parcel 的源码，上面的所有问题都迎刃而解了。如果没有 frameworker 层的源码，请先去下载，千万不要下载阉割版的，里面要有 native 层的源码。

1public final class Parcel {
2    // 保存的是 c++ 层的 Parcel.cpp 对象的指针地址
3    private long mNativePtr; // used by native code
4
5    private Parcel(long nativePtr) {
6        if (DEBUG_RECYCLE) {
7            mStack = new RuntimeException();
8        }
9        //Log.i(TAG, "Initializing obj=0x" + Integer.toHexString(obj), mStack);
10        init(nativePtr);
11    }
12
13    private void init(long nativePtr) {
14        if (nativePtr != 0) {
15            mNativePtr = nativePtr;
16            mOwnsNativeParcelObject = false;
17        } else {
18            mNativePtr = nativeCreate();
19            mOwnsNativeParcelObject = true;
20        }
21    }
22
23    /**
24     * Write an integer value into the parcel at the current dataPosition(),
25     * growing dataCapacity() if needed.
26     */
27    public final void writeInt(int val) {
28        nativeWriteInt(mNativePtr, val);
29    }
30
31    /**
32     * Read an integer value from the parcel at the current dataPosition().
33     */
34    public final int readInt() {
35        return nativeReadInt(mNativePtr);
36    }
37    // 创建 Parcel.cpp 返回 jlong
38    private static native long nativeCreate();
39    // 写入 int 数据
40    private static native void nativeWriteInt(long nativePtr, int val);
41    // 读 int 数据
42    private static native int nativeReadInt(long nativePtr);
43} 

1// 创建 Parcel ，返回指针地址给 java 层
2static jlong android_os_Parcel_create(JNIEnv* env, jclass clazz)
3{
4    Parcel* parcel = new Parcel();
5    return reinterpret_cast<jlong>(parcel);
6}
7// 通过指针地址获取 c++ 层的对象，然后进行操作
8static void android_os_Parcel_writeInt(JNIEnv* env, jclass clazz, jlong nativePtr, jint val) {
9    Parcel* parcel = reinterpret_cast<Parcel*>(nativePtr);
10    if (parcel != NULL) {
11        const status_t err = parcel->writeInt32(val);
12        if (err != NO_ERROR) {
13            signalExceptionForError(env, clazz, err);
14        }
15    }
16} 

1status_t Parcel::writeInt32(int32_t val)
2{
3    return writeAligned(val);
4}
5
6template<class T>
7status_t Parcel::writeAligned(T val) {
8    COMPILE_TIME_ASSERT_FUNCTION_SCOPE(PAD_SIZE_UNSAFE(sizeof(T)) == sizeof(T));
9    // 判断大小有没有超过
10    if ((mDataPos+sizeof(val)) <= mDataCapacity) {
11restart_write:
12        // 往内存上写入数据
13        *reinterpret_cast<T*>(mData+mDataPos) = val;
14        // 返回写入成功
15        return finishWrite(sizeof(val));
16    }
17    // 返回错误
18    status_t err = growData(sizeof(val));
19    if (err == NO_ERROR) goto restart_write;
20    return err;
21}
22
23int32_t Parcel::readInt32() const
24{
25    return readAligned<int32_t>();
26}
27
28template<class T>
29T Parcel::readAligned() const {
30    T result;
31    if (readAligned(&result) != NO_ERROR) {
32        result = 0;
33    }
34    return result;
35}
36
37template<class T>
38status_t Parcel::readAligned(T *pArg) const {
39    COMPILE_TIME_ASSERT_FUNCTION_SCOPE(PAD_SIZE_UNSAFE(sizeof(T)) == sizeof(T));
40    // 有没有超出
41    if ((mDataPos+sizeof(T)) <= mDataSize) {
42        // 去除当前内存上的值
43        const void* data = mData+mDataPos;
44        // 当前累加往后逻动
45        mDataPos += sizeof(T);
46        // 取出来并赋值
47        *pArg =  *reinterpret_cast<const T*>(data);
48        return NO_ERROR;
49    } else {
50        return NOT_ENOUGH_DATA;
51    }
52} 

看到这里再来说共享内存，或者说 binder 驱动就会变得简单起来了，Parcel 其实就是在 native 层开辟了一块内存，然后按照一定的顺序往这块内存里面写数据。当我需要取数据的时候，我们按照原来写的顺序取出来就可以了。写的顺序和取的顺序必须保持一致，不然肯定会出错。那为什么不在 java 层做呢？请问在 java 层能做到这些效果吗？这也证实了其实 c 和 c++ 更加灵活，因为操作的是一块内存地址上的数据，想干嘛就可以干嘛。怎么回答上面的问题应该不用我说了，了解了原理那么在回答的时候可以自己做一些扩展。

既然是 JNI 基础部分，那么我们最好还是自己动手来敲一下。好比要了解 Retrofit 、OkHttp 和 RxJava 这些常用开源库，我们最好自己动手敲一下核心部分，就能更加加深印象。

1 var parcel = Parcel.obtain()
2
3  parcel.writeInt(12)
4  parcel.writeInt(24)
5
6  var number1 = parcel.readInt()
7  var number2 = parcel.readInt()
8
9  Log.e("TAG","number1 = $number1 , number2 = $number2") 

1class Parcel{
2    private var mNativePtr: Long = 0 // used by native code
3    init {
4        System.loadLibrary("native-lib")
5        mNativePtr = nativeCreate();
6    }
7    private external fun nativeCreate(): Long;
8
9    // 两个读写 int 的方法
10    fun writeInt(value: Int) {
11        nativeWriteInt(mNativePtr, value);
12    }
13    fun readInt(): Any {
14        return nativeReadInt(mNativePtr)
15    }
16    // 两个读写 native 方法
17    private external fun nativeWriteInt(mNativePtr: Long, value: Int);
18    private external fun nativeReadInt(nativePtr: Long): Int
19} 

视频地址：https://pan.baidu.com/s/1H2d3mxxZJn7brGEYKNrCHw 视频密码：i81c

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