Дмитрий рассказал о преимуществах, недостатках и основных сценариях использования нативного кода при написании кроссплатформенных приложений. Спикер рассказывает о разнообразных подводных камнях, которые неизбежно возникают при работе с NDK, и показывает интересные хаки и неочевидные возможности решения возникающих проблем.

1. Android NDK, или как я
перестал бояться и полюбил
нативную разработку.

2. Android NDK.
• JNI - набор инструментов для запуска кода на C/
C++/Ассемблере из виртуальной машины Java
• Вспомогательная нативная
библиотека(скомпилированная для каждой
поддерживаемой ABI) или полностью нативное
приложение используя NativeActivity
• Java -> нативный код, нативный код -> Java, Java
-> нативный код -> Java…

3. Зачем?
• Критичные по производительности участки кода
• Использование написанного ранее кода или
существующих библиотек (OpenCV, ffmpeg, …)
• Написание кроссплатформенного кода для
нескольких платформ(бизнес-логика, алгоритмы
и тд)

4. Какие возникают
сложности?
• Работа с jni из нативных потоков
• Отладка
• Возрастающий размер результирующей apk
• Локальные/глобальные ссылки
• Дорогой переход из java кода в нативный
(и обратно)
• Прочие приятные сюрпризы от jni)

5. Базовый пример.
public class IntegrationActivity extends AppCompatActivity
{
…
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState)
{
…
textView.setText("Value from native code: " + nativeGetBooleanValue());
}
public native boolean nativeGetBooleanValue();
static {
System.loadLibrary("ndk_integration");
}
}
#include <jni.h>
#include "SomeCppClass.hpp"
extern "C"
{
JNIEXPORT jboolean JNICALL
Java_my_test_integration_IntegrationActivity_nativeGetBooleanValue(JNIEnv *env, jobject instance) {
SomeCppClass object;
return (jboolean) object.getSomeValue();
}
} // extern "C"
Java
C++

6. Типы данных JNI.
#ifdef HAVE_INTTYPES_H
# include <inttypes.h> /* C99 */
typedef uint8_t jboolean; /* unsigned 8 bits
*/
typedef int8_t jbyte; /* signed 8 bits */
typedef uint16_t jchar; /* unsigned 16 bits
*/
typedef int16_t jshort; /* signed 16 bits */
typedef int32_t jint; /* signed 32 bits */
typedef int64_t jlong; /* signed 64 bits */
typedef float jfloat; /* 32-bit IEEE 754
*/
typedef double jdouble; /* 64-bit IEEE 754
*/
#else
typedef unsigned char jboolean; /* unsigned 8 bits
*/
typedef signed char jbyte; /* signed 8 bits */
typedef unsigned short jchar; /* unsigned 16 bits
*/
typedef short jshort; /* signed 16 bits */
typedef int jint; /* signed 32 bits */
typedef long long jlong; /* signed 64 bits */
typedef float jfloat; /* 32-bit IEEE 754
*/
typedef double jdouble; /* 64-bit IEEE 754
*/
#endif
typedef void* jobject;
typedef jobject jclass;
typedef jobject jstring;
typedef jobject jarray;
typedef jarray jobjectArray;
typedef jarray jbooleanArray;
typedef jarray jbyteArray;
typedef jarray jcharArray;
typedef jarray jshortArray;
typedef jarray jintArray;
typedef jarray jlongArray;
typedef jarray jfloatArray;
typedef jarray jdoubleArray;
typedef jobject jthrowable;
typedef jobject jweak;
Примитивные Ссылочный

7. JNIEnv и функции
JNI.
• JNIEnv
• IsSameObject, Call*Method, Get*Field, Set*Field,
New*Array…
• NewGlobalRef, DeleteGlobalRef, DeleteLocalRef
• AttachCurrentThread, DetachCurrentThread
• JNI_OnLoad, JNI_OnUnload

8. Локальные и глобальные
ссылки.
• Объекты, на которые есть ссылки - не могут быть очищены
GC
• Локальные ссылки - в пределах жизни метода в рамках
одного потока
• Java VM автоматически очищает ссылки при возврате из
нативного метода
• Есть предел на количество создаваемых локальных ссылок
• Глобальные ссылки действительны вплоть до явного
освобождения

9. Таблица локальных и
глобальных ссылок.
void DumpDalvikReferenceTables()
{
JNIEnv * env = jni::GetEnv();
jclass vm_class = env->FindClass("dalvik/system/VMDebug");
jmethodID dump_mid = env->GetStaticMethodID(vm_class,
"dumpReferenceTables", "()V");
env->CallStaticVoidMethod(vm_class, dump_mid);
env->DeleteLocalRef(vm_class);
}

10. Нативные потоки.
• AttachCurrentThread для работы с jni
• DetachCurrentThread перед завершением
• Локальные ссылки НЕ очищаются - нужно
всегда(!) очищать все созданные ссылки с
помощью DeleteLocalRef либо создавать
отдельный пул ссылок при входе в метод через
PushLocalFrame/PopLocalFrame
• FindClass НЕ работает

11. Нативные потоки.
FindClass.
• Простой вариант решения - кешировать класс в
JNI_OnLoad.
• Более сложный, но гибкий - кешировать сам
ClassLoader.

12. Кеширование ClassLoader.
JNIEXPORT jint JNICALL
JNI_OnLoad(JavaVM *jvm, void *) {
g_jvm = jvm;
JNIEnv *env = jni::GetEnv();
auto randomClass = env->FindClass("my/test/integration/IntegrationActivity");
auto classClass = env->GetObjectClass(randomClass);
auto classLoaderClass = env->FindClass("java/lang/ClassLoader");
auto getClassLoaderMethod = env->GetMethodID(classClass, "getClassLoader",
"()Ljava/lang/ClassLoader;");
g_classLoader = env->NewGlobalRef(env->CallObjectMethod(randomClass, getClassLoaderMethod));
g_findClassMethod = env->GetMethodID(classLoaderClass, "findClass",
"(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/Class;");
return JNI_VERSION_1_6;

13. Кеширование jClass,
jMethodId, jFieldId.• jClass -локальные ссылки, для кеширования
необходимо преобразовывать в глобальные.
• jMethodId, jFieldId - просто структуры, можно
записывать без преобразования в статические
или глобальные переменные и использовать в
любых потоках.

14. Кеширование jClass,
jMethodId, jFieldId.• jClass -локальные ссылки, для кеширования
необходимо преобразовывать в глобальные.
• jMethodId, jFieldId - просто структуры, можно
записывать без преобразования в статические
или глобальные переменные и использовать в
любых потоках.
• В некоторых случаях работа через jni может быть
ЗНАЧИТЕЛЬНО медленнее аналогичного кода на
Java.

15. Запуск native метода из
Java.
• Создать новый стекфрейм
• Передать аргументы согласно ABI
• Передать JNIEnv* и jclass(jobject)
• Synchronized
• Проверить исключения
• …

16. Сборка проекта. Как было
раньше.
• MAKEFILES
• Javah
• SWIG
• Ecplise plugin Sequoyah
• …

17. New experimental Gradle
plugin.

18. Раз.

19. Два.

20. Три.

21. Download and enjoy!
https://goo.gl/yn4ZmC

22. More info.
• http://developer.android.com/training/articles/perf-jni.html
• https://developer.android.com/ndk/guides/concepts.html
• http://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/jni/spec/
design.html
• http://tools.android.com/tech-docs/new-build-system/gradle-experimental
• http://normanmaurer.me/blog/2014/01/07/JNI-Performance-Welcome-to-
the-dark-side/
• http://compmus.ime.usp.br/sbcm/2013/pt/docs/pos_tec_4.pdf
• http://janet-project.sourceforge.net/papers/jnibench.pdf