Dalvik虚拟机JNI方法的注册过程分析

在前面一文中，我们分析了Dalvik虚拟机的运行过程。从中可以知道，Dalvik虚拟机在调用一个成员函数的时候，如果发现该成员函数是一个JNI方法，那么就会直接跳到它的地址去执行。也就是说，JNI方法是直接在本地操作系统上执行的，而不是由Dalvik虚拟机解释器执行。由此也可看出，JNI方法是Android应用程序与本地操作系统直接进行通信的一个手段。在本文中，我们就详细分析JNI方法的注册过程。

老罗的新浪微博：http://weibo.com/shengyangluo，欢迎关注！

在Android系统中，JNI方法是以C/C++语言来实现的，然后编译在一个SO文件里面。这个JNI方法在能够被调用之前，首先要加载到当前应用程序进程的地址空间来，如下所示：

packageshy.luo.jni;

publicclassClassWithJni{
......

static{
System.loadLibrary("nanosleep");
}

......

privatenativeintnanosleep(longseconds,longnanoseconds);

......
}

上述代码假设ClassWithJni类有一个JNI方法nanosleep，它实现在一个名称为libnanosleep.so的文件中，因此，在该JNI方法能够被调用之前，我们首先要将它加载到当前应用程序进程来，这是通过调用System类的静态成员函数loadLibrary来实现的。

JNI方法nanosleep的实现如下所示：

#include"jni.h"
#include"JNIHelp.h"

#include<time.h>

staticjintshy_luo_jni_ClassWithJni_nanosleep(JNIEnv*env,jobjectclazz,jlongseconds,jlongnanoseconds)
{
structtimespecreq;
req.tv_sec=seconds;
req.tv_nsec=nanoseconds;

returnnanosleep(&req,NULL);
}

staticconstJNINativeMethodmethod_table[]={
{"nanosleep","(JJ)I",(void*)shy_luo_jni_ClassWithJni_nanosleep},
};

extern"C"jintJNI_OnLoad(JavaVM*vm,void*reserved)
{
JNIEnv*env=NULL;
jintresult=-1;

if(vm->GetEnv((void**)&env,JNI_VERSION_1_4)!=JNI_OK){
returnresult;
}

jniRegisterNativeMethods(env,"shy/luo/jni/ClassWithJni",method_table,NELEM(method_table));

returnJNI_VERSION_1_4;
}

假设上述函数经过编译之后，就位于一个名称为libnanosleep.so的文件。

当libnanosleep.so文件被加载的时候，函数JNI_OnLoad就会被调用。在函数JNI_OnLoad中，参数vm描述的是当前进程中的Dalvik虚拟机，通过调用它的成员函数GetEnv就可以获得一个JNIEnv对象。有了这个JNIEnv对象之后，我们就可以调用另外一个函数jniRegisterNativeMethods来向当前进程中的Dalvik虚拟机注册一个JNI方法shy_luo_jni_ClassWithJni_nanosleep。这个JNI方法即为shy.luo.jni.ClassWithJni类的成员函数nanasleep的实现。

JNI方法shy_luo_jni_ClassWithJni_nanosleep要做的事情实际上就是通过系统调用nanosleep来使得当前进程进入睡眠状态，直至seconds秒nanoseconds纳秒之后再唤醒。使用系统调用nanosleep来使得当前进程进入睡眠状态的好处它的时间精度可以达到纳秒级，但是这个系统调用有两个地方是需要注意的：

1. 如果进程在睡眠的过程中接收到信号，那么它就会提前被唤醒，这时候系统调用nanosleep的返回值为-1，并且错误代码errno被设置为EINTR。

2. 如果CPU的时钟中断精度达不到纳秒级别，那么nanosleep的睡眠精度也达不到纳秒级，也就是说，当前进程不一定能在指定的纳秒之后被唤醒，会有一定的延时。

不过，JNI方法shy_luo_jni_ClassWithJni_nanosleep的实现不是我们的重点，我们的重点是分析它注册到Dalvik虚拟机的过程。

前面提到，JNI方法shy_luo_jni_ClassWithJni_nanosleep是libnanosleep.so文件加载的时候被注册到Dalvik虚拟机的，因此，我们就从libnanosleep.so文件的加载开始，分析JNI方法shy_luo_jni_ClassWithJni_nanosleep注册到Dalvik虚拟机的过程，也就是从System类的静态成员函数loadLibrary开始分析一个JNI方法注册到Dalvik虚拟机的过程，如图1所示：

图1 JNI方法注册到Dalvik虚拟机的过程

这个过程可以分为12个步骤，接下来我们就详细分析每一个步骤。

Step 1. System.loadLibrary

publicfinalclassSystem{
......

publicstaticvoidloadLibrary(StringlibName){
SecurityManagersmngr=System.getSecurityManager();
if(smngr!=null){
smngr.checkLink(libName);
}
Runtime.getRuntime().loadLibrary(libName,VMStack.getCallingClassLoader());
}

......
}

这个函数定义在文件libcore/luni/src/main/java/java/lang/System.java中。

System类的成员函数loadLibrary首先调用SecurityManager类的成员函数checkLink来进行安全检查，即检查名称为libName的so文件是否允许加载。注意，这是Java的安全代码检查机制，而不是Android系统的安全检查机制，而且Android系统没有使用它来进行安全检查。因此，这个检查总是能通过的。

System类的成员函数loadLibrary接下来就再通过运行时类Runtime的成员函数loadLibrary来加载名称为libName的so文件，接下来我们就继续分析它的实现。

Step 2.Runtime.loadLibrary

publicclassRuntime{
......

voidloadLibrary(StringlibraryName,ClassLoaderloader){
if(loader!=null){
Stringfilename=loader.findLibrary(libraryName);
if(filename==null){
thrownewUnsatisfiedLinkError("Couldn'tload"+libraryName+":"+
"findLibraryreturnednull");
}
Stringerror=nativeLoad(filename,loader);
if(error!=null){
thrownewUnsatisfiedLinkError(error);
}
return;
}

Stringfilename=System.mapLibraryName(libraryName);
List<String>candidates=newArrayList<String>();
StringlastError=null;
for(Stringdirectory:mLibPaths){
Stringcandidate=directory+filename;
candidates.add(candidate);
if(newFile(candidate).exists()){
Stringerror=nativeLoad(candidate,loader);
if(error==null){
return;//Wesuccessfullyloadedthelibrary.Jobdone.
}
lastError=error;
}
}

if(lastError!=null){
thrownewUnsatisfiedLinkError(lastError);
}
thrownewUnsatisfiedLinkError("Library"+libraryName+"notfound;tried"+candidates);
}

......
}

这个函数定义在文件libcore/luni/src/main/java/java/lang/Runtime.java中。

在Runtime类的成员函数loadLibrary中，参数libraryName表示要加载的so文件，而参数loader表示与要加载的so文件所关联的类的一个类加载器。例如，在我们这个情景中，libraryName等于“nanosleep”，与它所关联的类为shy.luo.jni.ClassWithJni。每一类有一个关联的类加载器，用来负责加载该类。在Dalvik虚拟机中，类加载器除了知道它要加载的类所在的文件路径之外，还知道该类所属的APK用来保存so文件的路径。因此，给定一个so文件名称，一个类加载器可以判断它是否存在自己的so文件目录中。

参数libraryName只是描述要加载的so文件的部分名称，它的完整名称需要根据本地操作系统的特证来确定。由于目前Android系统都是属于Linux系统，而在Linux系统中，so文件的命名规范通常就是lib<name>.so的形式，因此，在我们这个情景中，名称为“nanosleep”的so文件的完整名称就为“libnanosleep.so”，这是通过调用System类的静态成员函数mapLibraryName来获得的。

上面所获得的libnanosleep.so文件的名称仍然还不够完整，因为它没有包含绝对路径。在这种情况下，我们是无法将它加载到Dalvik虚拟机中去的。当参数loader的值不等于null的时候，Runtime类的成员函数loadLibrary就会调用它的成员函数findLibrary来它的so文件目录中寻找是否有一外名称为“libnanosleep.so”。如果存在的话，那么就会返回该libnanosleep.so文件的绝对路径。有了libnanosleep.so文件的绝对路径之后，就可以调用Runtime类的另外一个成员函数nativeLoad来将它加载到当前进程的Dalvik虚拟机中。注意，将参数libraryName转换为lib<name>.so的完整形式，以及获得该so文件的绝对路径，都是由参数loader所描述的一个类加载器的成员函数findLibrary来完成的。

另一方面，如果参数loader的值等于null，那么就表示当前要加载的so文件要在系统范围的so文件目录查找。这些系统范围的so文件目录保存在Runtime类的成员变量mLibPaths所描述的一个String数组中。通过依次检查这些目录是否存在与参数libraryName对应的so文件，就可以确定参数libraryName所指定加载的so文件是否是一个合法的so文件。如果合法的话，那么同样会调用Runtime类的另外一个成员函数nativeLoad来将它加载到当前进程的Dalvik虚拟机中。注意，这里在检查参数libraryName所表示的so文件是否存在于系统范围的so文件目录之前，同样要将它转换为lib<name>.so的形式，这同样也是通过调用System类的静态成员函数mapLibraryName来完成的。

如果最后无法在指定的APK或者系统范围的so文件目录中找到由参数libraryName所描述的so文件，或者找到了该so文件，但是在加载该so文件的过程中出现错误，那么Runtime类的成员函数loadLibrary都会抛出一个类型为UnsatisfiedLinkError的异常。

由于加载参数libraryName所描述的so文件是由Runtime类的成员函数nativeLoad来实现的，因此，接下来我们继续分析它的实现。

Step 3.Runtime.nativeLoad

publicclassRuntime{
......

privatestaticnativeStringnativeLoad(Stringfilename,ClassLoaderloader);

......
}

这个函数定义在文件libcore/luni/src/main/java/java/lang/Runtime.java中。

Runtime类的成员函数nativeLoad是一个JNI方法。由于该JNI方法是属于Java核心类Runtime的，也就是说，它在Dalvik虚拟机启动的时候就已经在内部注册过了，因此，这时候我们可以直接调用它注册其它的JNI方法，也就是so文件filename里面所指定的JNI方法。Dalvik虚拟机在启动过程中注册Java核心类的操作，具体可以参考前面Dalvik虚拟机的启动过程分析一文。

Runtime类的成员函数nativeLoad在C++层对应的函数为Dalvik_java_lang_Runtime_nativeLoad，如下所示：

staticvoidDalvik_java_lang_Runtime_nativeLoad(constu4*args,
JValue*pResult)
{
StringObject*fileNameObj=(StringObject*)args[0];
Object*classLoader=(Object*)args[1];
char*fileName=NULL;
StringObject*result=NULL;
char*reason=NULL;
boolsuccess;

assert(fileNameObj!=NULL);
fileName=dvmCreateCstrFromString(fileNameObj);

success=dvmLoadNativeCode(fileName,classLoader,&reason);
if(!success){
constchar*msg=(reason!=NULL)?reason:"unknownfailure";
result=dvmCreateStringFromCstr(msg);
dvmReleaseTrackedAlloc((Object*)result,NULL);
}

free(reason);
free(fileName);
RETURN_PTR(result);
}

这个函数定义在文件dalvik/vm/native/java_lang_Runtime.c中。

参数args[0]保存的是一个Java层的String对象，这个String对象描述的就是要加载的so文件，函数Dalvik_java_lang_Runtime_nativeLoad首先是调有函数dvmCreateCstrFromString来将它转换成一个C++层的字符串fileName，然后再调用函数dvmLoadNativeCode来执行加载so文件的操作。

接下来，我们就继续分函数dvmLoadNativeCode的实现，以便可以了解一个so文件的加载过程。

Step 4.dvmLoadNativeCode

booldvmLoadNativeCode(constchar*pathName,Object*classLoader,
char**detail)
{
SharedLib*pEntry;
void*handle;
......

pEntry=findSharedLibEntry(pathName);
if(pEntry!=NULL){
if(pEntry->classLoader!=classLoader){
......
returnfalse;
}
......

if(!checkOnLoadResult(pEntry))
returnfalse;
returntrue;
}
......

handle=dlopen(pathName,RTLD_LAZY);
......

/*createanewentry*/
SharedLib*pNewEntry;
pNewEntry=(SharedLib*)calloc(1,sizeof(SharedLib));
pNewEntry->pathName=strdup(pathName);
pNewEntry->handle=handle;
pNewEntry->classLoader=classLoader;
......

/*trytoaddittothelist*/
SharedLib*pActualEntry=addSharedLibEntry(pNewEntry);

if(pNewEntry!=pActualEntry){
......
freeSharedLibEntry(pNewEntry);
returncheckOnLoadResult(pActualEntry);
}else{
......

boolresult=true;
void*vonLoad;
intversion;

vonLoad=dlsym(handle,"JNI_OnLoad");
if(vonLoad==NULL){
LOGD("NoJNI_OnLoadfoundin%s%p,skippinginit\n",
pathName,classLoader);
}else{
......

OnLoadFuncfunc=vonLoad;
......

version=(*func)(gDvm.vmList,NULL);
......

if(version!=JNI_VERSION_1_2&&version!=JNI_VERSION_1_4&&
version!=JNI_VERSION_1_6)
{
.......
result=false;
}else{
LOGV("+++finishedJNI_OnLoad%s\n",pathName);
}

}

......

if(result)
pNewEntry->onLoadResult=kOnLoadOkay;
else
pNewEntry->onLoadResult=kOnLoadFailed;

......

returnresult;
}
}

这个函数定义在文件dalvik/vm/Native.c中。

函数dvmLoadNativeCode首先是检查参数pathName所指定的so文件是否已经加载过了，这是通过调用函数findSharedLibEntry来实现的。如果已经加载过，那么就可以获得一个SharedLib对象pEntry。这个SharedLib对象pEntry描述了有关参数pathName所指定的so文件的加载信息，例如，上次用来加载它的类加载器和上次的加载结果。如果上次用来加载它的类加载器不等于当前所使用的类加载器，或者上次没有加载成功，那么函数dvmLoadNativeCode就回直接返回false给调用者，表示不能在当前进程中加载参数pathName所描述的so文件。

我们假设参数pathName所指定的so文件还没有被加载过，这时候函数dvmLoadNativeCode就会先调用dlopen来在当前进程中加载它，并且将获得的句柄保存在变量handle中，接着再创建一个SharedLib对象pNewEntry来描述它的加载信息。这个SharedLib对象pNewEntry还会通过函数addSharedLibEntry被缓存起来，以便可以知道当前进程都加载了哪些so文件。

注意，在调用函数addSharedLibEntry来缓存新创建的SharedLib对象pNewEntry的时候，如果得到的返回值pActualEntry指向的不是SharedLib对象pNewEntry，那么就表示另外一个线程也正在加载参数pathName所指定的so文件，并且比当前线程提前加载完成。在这种情况下，函数addSharedLibEntry就什么也不用做而直接返回了。否则的话，函数addSharedLibEntry就要继续负责调用前面所加载的so文件中的一个指定的函数来注册它里面的JNI方法。

这个指定的函数的名称为“JNI_OnLoad”，也就是说，每一个用来实现JNI方法的so文件都应该定义有一个名称为“JNI_OnLoad”的函数，并且这个函数的原型为：

jintJNI_OnLoad(JavaVM*vm,void*reserved);

函数dvmLoadNativeCode通过调用函数dlsym就可以获得在前面加载的so中名称为“JNI_OnLoad”的函数的地址，最终保存在函数指针func中。有了这个函数指针之后，我们就可以直接调用它来执行注册JNI方法的操作了。注意，在调用该JNI_OnLoad函数时，第一个要传递进行的参数是一个JavaVM对象，这个JavaVM对象描述的是在当前进程中运行的Dalvik虚拟机，第二个要传递的参数可以设置为NULL，这是保留给以后使用的。

从前面Dalvik虚拟机的启动过程分析一文可以知道，在当前进程所运行的Dalvik虚拟机实例是通过全局变量gDvm所描述的一个DvmGlobals结构体的成员变量vmList来描述的，因此，我们就可以将它传递在前面加载的so中名称中定义的JNI_OnLoad函数。注意，定义在该so文件中的JNI_OnLoad函数一旦执行成功，它的返回值就必须等于JNI_VERSION_1_2、JNI_VERSION_1_4或者JNI_VERSION_1_6，用来表示所注册的JNI方法的版本。

最后，函数dvmLoadNativeCode根据上述的JNI_OnLoad函数的执行成功与否，将前面所创建的一个SharedLib对象pNewEntry的成员变量onLoadResult设置为kOnLoadOkay或者kOnLoadFailed，这样就可以记录参数pathName所指定的so文件是否是加载成功的，也就是它是否成功地注册了其内部的JNI方法。

在我们这个情景中，参数pathName所指定的so文件为libnanosleep.so，接下来我们就继续分析它的函数JNI_OnLoad的实现，以便可以发解定义在它里面的JNI方法的注册过程。

Step 5.JNI_OnLoad

定义在libnanosleep.so文件中的函数JNI_OnLoad的实现可以参考文章开始的部分。从它的实现可以知道，它所注册的JNI方法shy_luo_jni_ClassWithJni_nanosleep是与shy.luo.jni.ClassWithJni类的成员函数nanosleep对应的，并且是通过调用函数jniRegisterNativeMethods来实现的。因此，接下来我们就继续分析函数jniRegisterNativeMethods的实现。

Step 6.jniRegisterNativeMethods

intjniRegisterNativeMethods(JNIEnv*env,constchar*className,
constJNINativeMethod*gMethods,intnumMethods)
{
jclassclazz;

LOGV("Registering%snatives\n",className);
clazz=(*env)->FindClass(env,className);
if(clazz==NULL){
LOGE("Nativeregistrationunabletofindclass'%s'\n",className);
return-1;
}

intresult=0;
if((*env)->RegisterNatives(env,clazz,gMethods,numMethods)<0){
LOGE("RegisterNativesfailedfor'%s'\n",className);
result=-1;
}

(*env)->DeleteLocalRef(env,clazz);
returnresult;
}

这个函数定义在文件dalvik/libnativehelper/JNIHelp.c中。

参数env所指向的一个JNIEnv结构体，通过调用这个JNIEnv结构体可以获得参数className所描述的一个类。这个类就是要注册JNI的类，而它所要注册的JNI就是由参数gMethods来描述的。

注册参数gMethods所描述的JNI方法是通过调用env所指向的一个JNIEnv结构体的成员函数RegisterNatives来实现的，因此，接下来我们就继续分析它的实现。

Step 7.JNIEnv.RegisterNatives

typedef_JNIEnvJNIEnv;
......

struct_JNIEnv{
/*donotrenamethis;itdoesnotseemtobeentirelyopaque*/
conststructJNINativeInterface*functions;
......

jintRegisterNatives(jclassclazz,constJNINativeMethod*methods,
jintnMethods)
{returnfunctions->RegisterNatives(this,clazz,methods,nMethods);}

......
}

这个函数定义在文件dalvik/libnativehelper/include/nativehelper/jni.h中。

从前面Dalvik虚拟机的运行过程分析一文可以知道，结构体JNIEnv的成员变量functions指向的是一个函数表，这个函数表又包含了一系列的函数指针，指向了在当前进程中运行的Dalvik虚拟机中定义的函数。对于结构体JNIEnv的成员函数RegisterNatives来说，它就是通过调用这个函数表中名称为RegisterNatives的函数指针来注册参数gMethods所描述的JNI方法的。

从前面Dalvik虚拟机的启动过程分析一文可以知道，上述函数表中名称为RegisterNatives的函数指针指向的是在Dalvik虚拟机内部定义的函数RegisterNatives，因此，接下来我们就继续分析它的实现。

Step 8.RegisterNatives

staticjintRegisterNatives(JNIEnv*env,jclassjclazz,
constJNINativeMethod*methods,jintnMethods)
{
JNI_ENTER();

ClassObject*clazz=(ClassObject*)dvmDecodeIndirectRef(env,jclazz);
jintretval=JNI_OK;
inti;

......

for(i=0;i<nMethods;i++){
if(!dvmRegisterJNIMethod(clazz,methods[i].name,
methods[i].signature,methods[i].fnPtr))
{
retval=JNI_ERR;
}
}

JNI_EXIT();
returnretval;
}

这个函数定义在文件dalvik/vm/Jni.c中。

参数jclazz描述的是要注册JNI方法的类，而参数methods描述的是要注册的一组JNI方法，这个组JNI方法的个数由参数nMethods来描述。

函数RegisterNatives首先是调用函数dvmDecodeIndirectRef来获得要注册JNI方法的类对象，接着再通过一个for循环来依次调用函数dvmRegisterJNIMethod注册参数methods描述所描述的每一个JNI方法。注意，每一个JNI方法都由名称、签名和地址来描述。

接下来，我们就继续分析函数dvmRegisterJNIMethod的实现。

Step 9.dvmRegisterJNIMethod

staticbooldvmRegisterJNIMethod(ClassObject*clazz,constchar*methodName,
constchar*signature,void*fnPtr)
{
Method*method;
boolresult=false;

if(fnPtr==NULL)
gotobail;

method=dvmFindDirectMethodByDescriptor(clazz,methodName,signature);
if(method==NULL)
method=dvmFindVirtualMethodByDescriptor(clazz,methodName,signature);
if(method==NULL){
LOGW("ERROR:Unabletofinddeclfornative%s.%s:%s\n",
clazz->descriptor,methodName,signature);
gotobail;
}

if(!dvmIsNativeMethod(method)){
LOGW("Unabletoregister:notnative:%s.%s:%s\n",
clazz->descriptor,methodName,signature);
gotobail;
}

if(method->nativeFunc!=dvmResolveNativeMethod){
/*thisisallowed,butunusual*/
LOGV("Note:%s.%s:%swasalreadyregistered\n",
clazz->descriptor,methodName,signature);
}

dvmUseJNIBridge(method,fnPtr);

LOGV("JNI-registered%s.%s:%s\n",clazz->descriptor,methodName,
signature);
result=true;

bail:
returnresult;
}

这个函数定义在文件dalvik/vm/Jni.c中。

函数dvmRegisterJNIMethod在注册参数methodName所描述的JNI方法之前，首先会进行一系列的检查，包括：

1. 确保参数clazz所描述的类有一个名称为methodName的成员函数。首先是调用函数dvmFindDirectMethodByDescriptor来检查methodName是否是clazz的一个非虚成员函数，然后再调用函数dvmFindVirtualMethodByDescriptor来检查methodName是否是clazz的一个虚成员函数。

2. 确保类clazz的成员函数methodName确实是声明为JNI方法，即带有native修饰符，这是通过调用函数dvmIsNativeMethod来实现的。

通过了前面的第1个检查之后，就可以获得一个Method对象method，用来描述要注册的JNI方法所对应的Java类成员函数。当一个Method对象method描述的是一个JNI方法的时候，它的成员变量nativeFunc保存的就是该JNI方法的地址，但是在对应的JNI方法注册进来之前，该成员变量的值被统一设置为dvmResolveNativeMethod。因此，当我们调用了一个未注册的JNI方法时，实际上执行的是函数dvmResolveNativeMethod。函数dvmResolveNativeMethod此时会在Dalvik虚拟内部以及当前所有已经加载的共享库中检查是否存在对应的JNI方法。如果不存在，那么它就会抛出一个类型为java.lang.UnsatisfiedLinkError的异常。

注意，一个JNI方法是可以重复注册的，无论如何，函数dvmRegisterJNIMethod都是调用另外一个函数dvmUseJNIBridge来继续执行注册JNI的操作。

Step 10.dvmUseJNIBridge

/**
*Returnstrueifthe-Xjnitracesettingimpliesweshouldtrace'method'.
*/
staticboolshouldTrace(Method*method)
{
returngDvm.jniTrace&&strstr(method->clazz->descriptor,gDvm.jniTrace);
}

/*
*Point"method->nativeFunc"attheJNIbridge,andoverload"method->insns"
*topointattheactualfunction.
*/
voiddvmUseJNIBridge(Method*method,void*func)
{
DalvikBridgeFuncbridge=shouldTrace(method)
?dvmTraceCallJNIMethod
:dvmSelectJNIBridge(method);
dvmSetNativeFunc(method,bridge,func);
}

这个函数定义在文件dalvik/vm/Jni.c中。

一个JNI方法并不是直接被调用的，而是通过由Dalvik虚拟机间接地调用，这个用来间接调用JNI方法的函数就称为一个Bridge。这些Bridage函数在真正调用JNI方法之前，会执行一些通用的初始化工作。例如，会将当前线程的状态设置为NATIVE，因为它即将要执行一个Native函数。又如，会为即将要被调用的JNI方法准备好前面两个参数，第一个参数是一个JNIEnv对象，用来描述当前线程的Java环境，通过它可以访问反过来访问Java代码和Java对象，第二个参数是一个jobject对象，用来描述当前正在执行JNI方法的Java对象。

这些Bridage函数实际上仍然不是直接调用地调用JNI方法的，这是因为Dalvik虚拟机是可以运行在各种不同的平台之上，而每一种平台可能都定义有自己的一套函数调用规范，也就是所谓的ABI（Application Binary Interface），这是一个API（Application Programming Interface）不同的概念。ABI是在二进制级别上定义的一套函数调用规范，例如参数是通过寄存器来传递还是堆栈来传递，而API定义是一个应用程序编程接口规范。换句话说，API定义了源代码和库之间的接口，因此同样的代码可以在支持这个API的任何系统中编译 ，而ABI允许编译好的目标代码在使用兼容ABI的系统中无需改动就能运行。

为了使得运行在不同平台上的Dalvik虚拟机能够以统一的方法来调用JNI方法，这些Bridage函数使用了一个libffi库，它的源代码位于external/libffi目录中。Libffi是一个开源项目，用于高级语言之间的相互调用的处理，它的实现机制可以进一步参考http://www.sourceware.org/libffi/。

回到函数dvmUseJNIBridge中，它主要就是根据Dalvik虚拟机的启动选项来为即将要注册的JNI选择一个合适的Bridge函数。如果我们在Dalvik虚拟机启动的时候，通过-Xjnitrace选项来指定了要跟踪参数method所描述的JNI方法，那么函数dvmUseJNIBridge为该JNI方法选择的Bridge函数就为dvmTraceCallJNIMethod，否则的话，就再通过另外一个函数dvmSelectJNIBridge来进一步选择一个合适的Bridge函数。选择好Bridge函数之后，函数dvmUseJNIBridge最终就调用函数dvmSetNativeFunc来执行真正的JNI方法注册操作。

我们假设参数method所描述的JNI方法没有设置为跟踪，因此，接下来，我们就首先分析函数dvmSelectJNIBridge的实现，接着再分析函数dvmSetNativeFunc的实现。

Step 11.dvmSelectJNIBridge

/*
*ReturnstheappropriateJNIbridgefor'method',alsotakingintoaccount
*the-Xcheck:jnisetting.
*/
staticDalvikBridgeFuncdvmSelectJNIBridge(constMethod*method)
{
enum{
kJNIGeneral=0,
kJNISync=1,
kJNIVirtualNoRef=2,
kJNIStaticNoRef=3,
}kind;
staticconstDalvikBridgeFuncstdFunc[]={
dvmCallJNIMethod_general,
dvmCallJNIMethod_synchronized,
dvmCallJNIMethod_virtualNoRef,
dvmCallJNIMethod_staticNoRef
};
staticconstDalvikBridgeFunccheckFunc[]={
dvmCheckCallJNIMethod_general,
dvmCheckCallJNIMethod_synchronized,
dvmCheckCallJNIMethod_virtualNoRef,
dvmCheckCallJNIMethod_staticNoRef
};

boolhasRefArg=false;

if(dvmIsSynchronizedMethod(method)){
/*useversionwithsynchronization;callsintogeneralhandler*/
kind=kJNISync;
}else{
/*
*Doaquickscanthroughthe"shorty"signaturetoseeifthemethod
*takesanyreferencearguments.
*/
constchar*cp=method->shorty;
while(*++cp!='\0'){/*pre-incrtoskipreturntype*/
if(*cp=='L'){
/*'L'usedforbothobjectandarrayreferences*/
hasRefArg=true;
break;
}
}

if(hasRefArg){
/*usegeneralhandlertoslurpupreferenceargs*/
kind=kJNIGeneral;
}else{
/*virtualmethodshavearefinargs[0](notinsignature)*/
if(dvmIsStaticMethod(method))
kind=kJNIStaticNoRef;
else
kind=kJNIVirtualNoRef;
}
}

returndvmIsCheckJNIEnabled()?checkFunc[kind]:stdFunc[kind];
}

这个函数定义在文件dalvik/vm/Jni.c中。

Dalvik虚拟机提供的Bridge函数主要是分为两类。第一类Bridge函数在调用完成JNI方法之后，会检查该JNI方法的返回结果是否与声明的一致，这是因为一个声明返回String的JNI方法在执行时返回的可能会是一个Byte Array。如果不一致，取决于Dalvik虚拟机的启动选项，它可能会停机。第二类Bridge函数不对JNI方法的返回结果进行上述检查。选择哪一类Bridge函数可以通过-Xcheck:jni选项来决定。不过由于检查一个JNI方法的返回结果是否与声明的一致是很耗时的，因此，我们一般都不会使用第一类Bridge函数。

此外，每一类Bridge函数又分为四个子类：Genernal、Sync、VirtualNoRef和StaticNoRef，它们的选择规则为：

1. 一个JNI方法的参数列表中如果包含有引用类型的参数，那么对应的Bridge函数就是Genernal类型的，即为dvmCallJNIMethod_general或者dvmCheckCallJNIMethod_general。

2. 一个JNI方法如果声明为同步方法，即带有synchronized修饰符，那么对应的Bridge函数就是Sync类型的，即为dvmCallJNIMethod_synchronized或者dvmCheckCallJNIMethod_synchronized。

3.一个JNI方法的参数列表中如果不包含有引用类型的参数，并且它是一个虚成员函数，那么对应的Bridge函数就是kJNIVirtualNoRef类型的，即为dvmCallJNIMethod_virtualNoRef或者dvmCheckCallJNIMethod_virtualNoRef。

4. 一个JNI方法的参数列表中如果不包含有引用类型的参数，并且它是一个静态成员函数，那么对应的Bridge函数就是StaticNoRef类型的，即为dvmCallJNIMethod_staticNoRef或者dvmCheckCallJNIMethod_staticNoRef。

每一类Bridge函数之所以要划分为上述四个子类，是因为每一个子类的Bridge函数在调用真正的JNI方法之前，所要进行的准备工作是不一样的。例如，Genernal类型的Bridge函数需要为引用类型的参数增加一个本地引用，避免它在JNI方法执行的过程中被回收。又如，Sync类型的Bridge函数在调用JNI方法之前，需要执行同步原始，以避免多线程访问的竞争问题。

这一步执行完成之后，返回到前面的Step 10中，即函数dvmUseJNIBridge中，这时候它就获得了一个Bridge函数，因此，接下来它就可以调用函数dvmSetNativeFunc来执行真正的JNI方法注册操作了。

Step 12.dvmSetNativeFunc

voiddvmSetNativeFunc(Method*method,DalvikBridgeFuncfunc,
constu2*insns)
{
......

if(insns!=NULL){
/*updateboth,ensuringthat"insns"isobservedfirst*/
method->insns=insns;
android_atomic_release_store((int32_t)func,
(void*)&method->nativeFunc);
}else{
/*onlyupdatenativeFunc*/
method->nativeFunc=func;
}

......
}

这个函数定义在文件dalvik/vm/oo/Class.c中。

参数method表示要注册JNI方法的Java类成员函数，参数func表示JNI方法的Bridge函数，参数insns表示要注册的JNI方法的函数地址。

当参数insns的值不等于NULL的时候，函数dvmSetNativeFunc就分别将参数insns和func的值分别保存在参数method所指向的一个Method对象的成员变量insns和nativeFunc中，而当insns的值等于NULL的时候，函数dvmSetNativeFunc就只将参数func的值保存在参数method所指向的一个Method对象成员变量nativeFunc中。

假设在前面的Step 11中选择的Bridge函数为dvmCallJNIMethod_general，并且结合前面Dalvik虚拟机的运行过程分析一文，我们就可以得到Dalvik虚拟机在运行过程中调用JNI方法的过程：

1. 调用函数dvmCallJNIMethod_general，执行一些必要的准备工作；

2.函数dvmCallJNIMethod_general再调用函数dvmPlatformInvoke来以统一的方式来调用对应的JNI方法；

3.函数dvmPlatformInvoke通过libffi库来调用对应的JNI方法，以屏蔽Dalvik虚拟机运行在不同目标平台的细节。

至此，我们就分析完成Dalvik虚拟机JNI方法的注册过程了。这样，我们就打通了Java代码和Native代码之间的道路。实际上，很多Java和Android核心类的功能都是通过本地操作系统提供的系统调用来完成的，例如，Zygote类的成员函数forkAndSpecialize最终是通过Linux系统调用fork来创建一个Android应用程序进程的，又如，Thread类的成员函数start最终是通过pthread线程库函数pthread_create来创建一个Android应用程序线程的。

在接下来的一篇文章中，我们就在Java代码和Native代码打通了的基础上，分析Android应用程序进程和线程与本地操作系统进程的线程的关系，也就是Dalvik虚拟机进程和线程与本地操作系统进程的线程的关系，敬请关注！