Android原理揭秘系列之framework本地方法注册

本文对Android framework层的API函数与其对应本地方法的映射、注册原理进行了介绍，通过本文，应该会对我们频繁调用的Android API的调用过程及实现原理有更加深入的认识。

我们知道，Android平台是Java、C/C++等多种混合语言写成的，我们在使用Android SDK提供的framework层的API来进行应用开发时通常调用的是Java方法，而实际上，这些Java API很多时候只是一个入口，方法功能的真正实现是通过JNI调用到framework层的native本地方法来实现的。比如，我们在使用Canvas的drawBitmap方法来绘制图片时，drawBitmap的真正实现就是通过JNI调用C++的同名方法来实现的。

下面，我们通过开机启动后本地方法的注册流程来具体的介绍Android API与对应本地方法究竟是如何关联起来的。

Android在开机启动后，经过一系列的加载流程，将进入\frameworks\base\cmds\ app_process\ App_main.cpp的main()方法，在main()方法中，会调用\frameworks\base\core\jni\AndroidRuntime.cpp的start()方法。事实上，Android API与本地方法的注册关联主要就是在AndroidRuntime.cpp模块里完成的。

在AndroidRuntime.cpp的start()方法中，会经过如下的调用流程，即：

void AndroidRuntime::start()  --->

void AndroidRuntime::start(const char* className, const bool startSystemServer) --->

int AndroidRuntime::startReg(JNIEnv* env)

其中，startReg函数主要就是用来进行函数注册的。我们深入到该函数内部，可以看到如下的代码片段：

1. if (register_jni_procs(gRegJNI, NELEM(gRegJNI), env) < 0) {  
2.   
3.         env->PopLocalFrame(NULL);  
4.   
5.         return -1;  
6.   
7.     }  

好了，流程介绍到这里，我们已经定位到了Android API与本地方法的注册关联的关键之处，实际上，API与本地方法的注册关键就是在此处完成的。标记为红色的register_jni_procs及其参数gRegJNI是注册关联的两大要素，下面我们对其分别作具体分析。

首先看gRegJNI的定义：

1. static const RegJNIRec gRegJNI[] = {  
2.   
3.     REG_JNI(register_android_debug_JNITest),  
4.   
5.     REG_JNI(register_com_android_internal_os_RuntimeInit),  
6.   
7.     REG_JNI(register_android_os_SystemClock),  
8.   
9.     REG_JNI(register_android_util_EventLog),  
10.   
11.     REG_JNI(register_android_util_Log),  
12.   
13.     REG_JNI(register_android_util_FloatMath),  
14.   
15.     REG_JNI(register_android_text_format_Time),  
16.   
17.     REG_JNI(register_android_pim_EventRecurrence),  
18.   
19.     REG_JNI(register_android_content_AssetManager),  
20.   
21.     REG_JNI(register_android_content_StringBlock),  
22.   
23.     REG_JNI(register_android_content_XmlBlock),  
24.   
25.     REG_JNI(register_android_emoji_EmojiFactory),  
26.   
27.     REG_JNI(register_android_security_Md5MessageDigest),  
28.   
29.     REG_JNI(register_android_text_AndroidCharacter),  
30.   
31.     REG_JNI(register_android_text_AndroidBidi),  
32.   
33.     REG_JNI(register_android_text_KeyCharacterMap),  
34.   
35.     REG_JNI(register_android_os_Process),  
36.   
37.     REG_JNI(register_android_os_Binder),  
38.   
39.     REG_JNI(register_android_view_Display),  
40.   
41.     REG_JNI(register_android_nio_utils),  
42.   
43.     REG_JNI(register_android_graphics_PixelFormat),  
44.   
45.     REG_JNI(register_android_graphics_Graphics),  
46.   
47.     REG_JNI(register_android_view_Surface),  
48.   
49.     REG_JNI(register_android_view_ViewRoot),  
50.   
51.     REG_JNI(register_com_google_android_gles_jni_EGLImpl),  
52.   
53.     REG_JNI(register_com_google_android_gles_jni_GLImpl),  
54.   
55.     REG_JNI(register_android_opengl_jni_GLES10),  
56.   
57.     REG_JNI(register_android_opengl_jni_GLES10Ext),  
58.   
59.     REG_JNI(register_android_opengl_jni_GLES11),  
60.   
61.     REG_JNI(register_android_opengl_jni_GLES11Ext),  
62.   
63.     REG_JNI(register_android_opengl_jni_GLES20),  
64.   
65.    
66.   
67.     REG_JNI(register_android_graphics_Bitmap),  
68.   
69.     REG_JNI(register_android_graphics_BitmapFactory),  
70.   
71.     REG_JNI(register_android_graphics_BitmapRegionDecoder),  
72.   
73.     REG_JNI(register_android_graphics_Camera),  
74.   
75.     REG_JNI(register_android_graphics_Canvas),  
76.   
77.     REG_JNI(register_android_graphics_ColorFilter),  
78.   
79.     REG_JNI(register_android_graphics_DrawFilter),  
80.   
81.     REG_JNI(register_android_graphics_Interpolator),  
82.   
83.     REG_JNI(register_android_graphics_LayerRasterizer),  
84.   
85.     REG_JNI(register_android_graphics_MaskFilter),  
86.   
87.     REG_JNI(register_android_graphics_Matrix),  
88.   
89.     REG_JNI(register_android_graphics_Movie),  
90.   
91.     REG_JNI(register_android_graphics_NinePatch),  
92.   
93.     REG_JNI(register_android_graphics_Paint),  
94.   
95.     REG_JNI(register_android_graphics_Path),  
96.   
97.     REG_JNI(register_android_graphics_PathMeasure),  
98.   
99.     REG_JNI(register_android_graphics_PathEffect),  
100.   
101.     REG_JNI(register_android_graphics_Picture),  
102.   
103.     REG_JNI(register_android_graphics_PorterDuff),  
104.   
105.     REG_JNI(register_android_graphics_Rasterizer),  
106.   
107.     REG_JNI(register_android_graphics_Region),  
108.   
109.     REG_JNI(register_android_graphics_Shader),  
110.   
111.     REG_JNI(register_android_graphics_Typeface),  
112.   
113.     REG_JNI(register_android_graphics_Xfermode),  
114.   
115.     REG_JNI(register_android_graphics_YuvImage),  
116.   
117.     REG_JNI(register_com_android_internal_graphics_NativeUtils),  
118.   
119.    
120.   
121.     REG_JNI(register_android_database_CursorWindow),  
122.   
123.     REG_JNI(register_android_database_SQLiteCompiledSql),  
124.   
125.     REG_JNI(register_android_database_SQLiteDatabase),  
126.   
127.     REG_JNI(register_android_database_SQLiteDebug),  
128.   
129.     REG_JNI(register_android_database_SQLiteProgram),  
130.   
131.     REG_JNI(register_android_database_SQLiteQuery),  
132.   
133.     REG_JNI(register_android_database_SQLiteStatement),  
134.   
135.     REG_JNI(register_android_os_Debug),  
136.   
137.     REG_JNI(register_android_os_FileObserver),  
138.   
139.     REG_JNI(register_android_os_FileUtils),  
140.   
141.     REG_JNI(register_android_os_MessageQueue),  
142.   
143.     REG_JNI(register_android_os_ParcelFileDescriptor),  
144.   
145.     REG_JNI(register_android_os_Power),  
146.   
147.     REG_JNI(register_android_os_StatFs),  
148.   
149.     REG_JNI(register_android_os_SystemProperties),  
150.   
151.     REG_JNI(register_android_os_UEventObserver),  
152.   
153.     REG_JNI(register_android_net_LocalSocketImpl),  
154.   
155.     REG_JNI(register_android_net_NetworkUtils),  
156.   
157.     REG_JNI(register_android_net_TrafficStats),  
158.   
159.     REG_JNI(register_android_net_wifi_WifiManager),  
160.   
161.     REG_JNI(register_android_nfc_NdefMessage),  
162.   
163.     REG_JNI(register_android_nfc_NdefRecord),  
164.   
165.     REG_JNI(register_android_os_MemoryFile),  
166.   
167.     REG_JNI(register_com_android_internal_os_ZygoteInit),  
168.   
169.     REG_JNI(register_android_hardware_Camera),  
170.   
171.     REG_JNI(register_android_hardware_SensorManager),  
172.   
173.     REG_JNI(register_android_media_AudioRecord),  
174.   
175.     REG_JNI(register_android_media_AudioSystem),  
176.   
177.     REG_JNI(register_android_media_AudioTrack),  
178.   
179.     REG_JNI(register_android_media_JetPlayer),  
180.   
181.     REG_JNI(register_android_media_ToneGenerator),  
182.   
183.    
184.   
185.     REG_JNI(register_android_opengl_classes),  
186.   
187.     REG_JNI(register_android_bluetooth_HeadsetBase),  
188.   
189.     REG_JNI(register_android_bluetooth_BluetoothAudioGateway),  
190.   
191.     REG_JNI(register_android_bluetooth_BluetoothSocket),  
192.   
193.     REG_JNI(register_android_bluetooth_ScoSocket),  
194.   
195.     REG_JNI(register_android_server_BluetoothService),  
196.   
197.     REG_JNI(register_android_server_BluetoothEventLoop),  
198.   
199.     REG_JNI(register_android_server_BluetoothA2dpService),  
200.   
201.     REG_JNI(register_android_server_Watchdog),  
202.   
203.     REG_JNI(register_android_message_digest_sha1),  
204.   
205.     REG_JNI(register_android_ddm_DdmHandleNativeHeap),  
206.   
207.     REG_JNI(register_android_backup_BackupDataInput),  
208.   
209.     REG_JNI(register_android_backup_BackupDataOutput),  
210.   
211.     REG_JNI(register_android_backup_FileBackupHelperBase),  
212.   
213.     REG_JNI(register_android_backup_BackupHelperDispatcher),  
214.   
215.       
216.   
217.     REG_JNI(register_android_app_NativeActivity),  
218.   
219.     REG_JNI(register_android_view_InputChannel),  
220.   
221.     REG_JNI(register_android_view_InputQueue),  
222.   
223.     REG_JNI(register_android_view_KeyEvent),  
224.   
225.     REG_JNI(register_android_view_MotionEvent),  
226.   
227.    
228.   
229.     REG_JNI(register_android_content_res_ObbScanner),  
230.   
231.     REG_JNI(register_android_content_res_Configuration),  
232.   
233. };  

可以看到，gRegJNI是一个静态对象数组，这个对象数组实际上存储了Android framework中所有具有本地方法的java API模块的注册信息。为了理解这个RegJNIRec类型的静态数组，我们先看REG_JNI预编译宏和RegJNIRec类型的定义：

1. #ifdef NDEBUG  
2.   
3.     #define REG_JNI(name)      { name }  
4.   
5.     struct RegJNIRec {  
6.   
7.         int (*mProc)(JNIEnv*);  
8.   
9.     };  
10.   
11. #else  
12.   
13.     #define REG_JNI(name)      { name, #name }  
14.   
15.     struct RegJNIRec {  
16.   
17.         int (*mProc)(JNIEnv*);  
18.   
19.         const char* mName;  
20.   
21.     };  
22.   
23. #endif  

显然，带参数的REG_JNII预编译宏实际上等价于一个“{name}”,而name是一个参数；而RegJNIRec类型实际上是一个包含函数指针的结构体类型。

这样，在gRegJNI[]数组中，一个数组元素“REG_JNI(register_android_debug_JNITest),”也就等价于“{register_android_debug_JNITest }，”，而这种数组定义方式的含义实际上就是把register_android_debug_JNITest这个函数指针，作为该数组元素的初始化参数，即该数组元素的mProc指针指向register_android_debug_JNITest。也就是说，gRegJNI[]数组的每个RegJNIRec结构体元素对应了一个framework子模块的本地方法注册信息，这个注册信息是通过RegJNIRec结构体元素的mProc指针来存储的。

理解静态gRegJNI数组的含义非常重要，因为其直接定义了各个framework子模块本地方法的注册关联。

下面我具体来看下gRegJNI[]数组中每个结构体元素的mProc指针存储的函数指针究竟是什么，这个函数指针指向的函数是如何工作的。我们在gRegJNI[]数组中选取大家比较熟悉的Canvas相关的数组元素REG_JNI( register_android_graphics_Canvas)为例，看看register_android_graphics_Canvas的实现，该函数的实现在frameworks\base\core\jni\android\graphics\ Canvas.cpp中：

1. int register_android_graphics_Canvas(JNIEnv* env) {  
2.   
3.     int result;  
4.   
5.     REG(env, "android/graphics/Canvas", gCanvasMethods);  
6.   
7.     REG(env, "android/graphics/utils/BoundaryPatch", gBoundaryPatchMethods);  
8.   
9.     return result;  
10.   
11. }  

其中REG是一个预编译宏，其定义是：

1. #define REG(env, name, array) \  
2.   
3.     result = android::AndroidRuntime::registerNativeMethods(env, name, array, \  
4.   
5.                                         SK_ARRAY_COUNT(array));  \  
6.   
7.     if (result < 0) return result  

1. /* 
2.  
3.  * Register native methods using JNI. 
4.  
5.  */  
6.   
7. /*static*/ int AndroidRuntime::registerNativeMethods(JNIEnv* env,  
8.   
9.     const char* className, const JNINativeMethod* gMethods, int numMethods)  
10.   
11. {  
12.   
13.     return jniRegisterNativeMethods(env, className, gMethods, numMethods);  
14.   
15. }