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[原创]小米学安卓逆向一 - NDK开发(3)
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2021-5-14 15:54
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这节主要写java反射思维和JNI调用、JNI调用类变量、以及创建对象。
java反射思维和JNI调用
其实是为了类比。将java反射的思维和JNI调用的方式进行类比，加深JNI调用印象。
java反射概念：JAVA反射机制是在运行状态中，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用它的任意一个方法和属性；这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为java语言的反射机制。
如果将类比喻为人的话，那么反射的操作者就如同上帝，无论这个人是运动着的还是静止的，都可以从他身上获取所有的器官和属性。(不知道这样比喻会不会有些残忍~)
以下是发生在程序世界的反射机制图。
而java反射的具体调用，如下所示：
1 2 3 4 5 6 | //获取类testClazz = MainActivity.class.getClassLoader().loadClass("com.example.reflectiontest.Test");//获取类中静态变量Field publicStaticField_field testClazz3.getDeclaredField("publicStaticField");String content = (String) publicStaticField_field.get(null); |
JNI调用java的方式和java反射方式非常相似，接下来开始分析JNI是如何调用类以及类成员的。
JavaVM和JNIEnv
JavaVM和JNIEnv在C++代码中，是两个不同的结构体，提供着不同的功能和方法。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 | /* * C++ version. */struct _JavaVM { const struct JNIInvokeInterface* functions;#if defined(__cplusplus) jint DestroyJavaVM() { return functions->DestroyJavaVM(this); } jint AttachCurrentThread(JNIEnv** p_env, void* thr_args) { return functions->AttachCurrentThread(this, p_env, thr_args); } jint DetachCurrentThread() { return functions->DetachCurrentThread(this); } jint GetEnv(void** env, jint version) { return functions->GetEnv(this, env, version); } jint AttachCurrentThreadAsDaemon(JNIEnv** p_env, void* thr_args) { return functions->AttachCurrentThreadAsDaemon(this, p_env, thr_args); }#endif /*__cplusplus*/}; |
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 | struct _JNIEnv { /* do not rename this; it does not seem to be entirely opaque */ const struct JNINativeInterface* functions;#if defined(__cplusplus) jint GetVersion() { return functions->GetVersion(this); } jclass DefineClass(const char *name, jobject loader, const jbyte* buf, jsize bufLen) { return functions->DefineClass(this, name, loader, buf, bufLen); } ......}; |
两者关系：
- JavaVM是java虚拟机在jni中的native层的表现形式，它提供了java运行以及调用的基础，一个进程中共享JavaVM，一个进程中可能有多个线程，它们共有JavaVM。
- JNIEnv是jni环境，也是java执行环境。拥有JNIEnv才能够调用一系列jni api对java层或其他的调用，JNI是一个线程独有的。一个功能的实现可能有多个线程，JNIEnv对它们来说，并不是共有的。
什么意思呢？举个例子：
JNI_Onload和JNI_OnUnload
JNI_Onload是需要我们自己实现，早于其他JNI函数执行，当so被加载，由art去调用JNI_Onload查询so的导出符号表。调用JNI_Onload有两个API，一个是我们常见的ndk工程下的System.loadLibrary("native-lib")、另一个是System.load("native-lib")。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 | JavaVM globalVM = nullptr;JNIEXPORT jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved){ globalVM = vm; __android_log_print(4, "miniboom->jni", "jni->%s", "JNI_OnLoad is called"); jint result = 0; result = JNI_VERSION_1_6; JNIEnv* env = nullptr; //从JVM中获取JNIEnv if (vm->GetEnv((void**)&env, JNI_VERSION_1_6) == JNI_OK){ __android_log_print(4, "miniboom->jni", "jni->%s", "GetEnv((void**)&env,JNI_VERSION_1_6) is JNI_OK"); } //创建新线程，调用threadtest pthread_t thread; pthread_create(&thread, nullptr, threadtest, nullptr); pthread_join(thread, nullptr); return result;}void *threadtest(void *args){ for(int i=0; i<10;i++){ __android_log_print(4,"miniboom-jni", "jni->%s,%d","i am from thread",i); } JNIEnv* threadenv = nullptr; //这是在子线程中，使用AttachCurrentThread，依附到主线程中，才能够获取threadenv这个JNIEnv，否则直接使用globalVM->GetEnv会报错。 if(globalVM->AttachCurrentThread(&threadenv, nullptr) == JNI_OK) { __android_log_print(4,"miniboom-jni", "jni->%s,","globalVM->AttachCurrentThread(&threadenv, nullptr) == JNI_OK"); jstring jstring1 = threadenv->NewStringUTF("threadtest jstring"); const char* content = threadenv->GetStringUTFChars(jstring1, nullptr); __android_log_print(4,"miniboom-jni", "jni->%s",content); threadenv->ReleaseStringUTFChars(jstring1, content); } else{ __android_log_print(4,"miniboom-jni", "jni->%s,","globalVM->AttachCurrentThread(&threadenv, nullptr) == JNI_NOT_OK"); } globalVM->DetachCurrentThread(); pthread_exit(0);} |
需要注意的是，JNIEnv和classloader绑定在一起的，在主线程中可以使用findClass方法，但是在子线程往往会报错找不到该类。这是因为JNIEnv绑定的是主线程的classloader，所以即使在子线程中获取到了JNIEnv，不能够直接使用该classloader进行加载。
总结：主线程对应一个JNIEnv，这个JNIEnv的Classloader又和该主线程绑定的，如果子线程通过附加进行拿到了JNIEnv是不能够直接使用主线程的classloader，来获取或者加载java类信息的。
如果子线程也要使用该classloader，有两种办法：
- 定义全局的classloader对象，当子线程需要使用时，通过该全局变量来使用
- jobject appClassloader = nullptr，然后在主线程中赋值。
- 在调用、生成子线程的时候，可以在主线程中把findClass的对象给取出来，然后作为参数传给子线程使用。
JNI调用java
静态变量、非静态变量，这些内容需要用到哪些API来进行获取呢？
静态变量的获取和修改
共有、私有方式一样，以下为public静态变量为例:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 | extern "C" JNIEXPORT void JNICALLJava_com_kanxue_reflectiontest_MainActivity_getStaticField( JNIEnv *env, jobject /* this */) { jclass TestJclass = env->FindClass("com/xxx/xxx"); //获取fieldID jfieldID publicStaticField_fid = env->GetStaticFieldID(TestJclass, "publicStaticField","Ljava/lang/String"); //修改 jstring setjstring = env->NewStringUTF("modified by jni"); env->SetStaticObjectField(TestJclass, publicStaticField_fid, setjstring); //获取值(jstring) jstring publicStaticField_obj = static_cast<jsting>(env->GetStaticObjectField(TestJclass, publicStaticField_fid)); //转成C/C++可用的字符类型 const char* publicStaticField_content = env->GetStringUTFChars(publicStaticField_obj, nullptr);} |
过程：
- 使用JNIEnv->GetStaticFieldID获取fieldID
- 使用获取JNIEnv->GetStaticObjectFieldjstring获取类型(其他类型亦可)变量值
非静态变量
共有、私有方式一样，以下为private静态变量为例:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | Java_com_kanxue_reflectiontest_MainActivity_getNonStaticField( JNIEnv *env, jobject obj, jobject testobj){ jclass TestJclass = env->FindClass("com/xxx/xxx"); //使用JNIEnv->GetFieldID获取fieldID jfieldID privateField_fid = env->GetFieldID(TestJclass, "privateField", "LJava/lang/String;"); //使用JNIEnv->GetObjectField获取jstring值 jstring privateField_obj = static_cast<jsting>(env->GetObjectField(testobj, privateField_fid)); const char* privateField_content = env->GetStringUTFChars(privateField_obj, nullptr);} |
创建java对象
两种方式：
- JNIEnv->NewObject
- JNIEnv->AllocObject配合JNIEnv->CallNonvirtualVoidMethod
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 | Java_com_kanxue_reflectiontest_MainActivity_newObject( JNIEnv *env, jobject /* this */){ jclass TestJclass = env->FindClass("com/xxx/xxx"); //获取methodID jmethodID con_mid = env->GetMethodID(TestJclass, "<init>", "(Ljava/lang/String;)V"); //组造传参 jstring arg = env->NewStringUTF("I am from Jni"); jboject testobj = env->NewObject(TestJclass, con_mid, arg); if (testobj != nullptr) { __android_log_print(4, "kanxue->jni", "jni->%s", "NewObject success!"); } //AllocObject创建，但并未对对象进行初始化 jobject testobj2 = env->AllocObject(TestJclass); jstring arg1 = env->NewStringUTF("I am From Jni->AllocObject"); env->CallNonvirtualVoidMethod(testobj2, TestJclass, con_mid, arg1); if (testobj2 != nullptr) { __android_log_print(4, "kanxue->jni", "jni->%s", "AllocObject success!"); }} |
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