NDK篇 - 手动编译 SQLite

2023-05-16

今天来写 NDK 的最后一篇 - SQLite，下一篇文章将进入 Framework 的世界。

SQLite，是一款轻型的数据库，是遵守 ACID 的关系型数据库，它包含在一个相对小的 C 库中。它是 D.RichardHipp 建立的公有领域项目。它的设计目标是嵌入式的，而且目前已经在很多嵌入式产品中使用了它，它占用资源非常的低，在嵌入式中，可能只需要几百K的内存就够了。它能够支持 Windows/Linux/Unix 等主流的操作系统，同时能够跟很多程序语言相结合，比如 C#、PHP、Java 等。还有 ODBC 接口，比起 Mysql、PostgreSQL 这两款开源的世界著名数据库管理系统来讲，它的处理速度比它们都快。SQLite 第一个版本诞生于2000年5月，至2015年已经有15个年头，SQLite 也迎来了新版本 SQLite 3 的发布。

获取 SQLite3 源代码
编写 Java 接口
编写 JNI 类
Android.mk 和 Application.mk
编译生成 so 库

1. 获取 SQLite3 源代码

可以上官网下载源码，SQLite 的源码没有选择使用 github 托管，下载地址：https://sqlite.org/download.html

如果需要快速获取源码调试，可以使用这份：https://github.com/HuiLi/Sqlite3.07.14/tree/master/Sqlite3.07.14-run，不过版本比较旧。

我这边使用的是：SQLite 3.18.0:

sqlite3.h 的代码有一万行，sqlite3.c 的代码有二十多万行。

2. 编写 Java 接口

SQLiteDatabase.java:

package io.kzw.sqlite3native;

public class SQLiteDatabase {

    native int opendb(String fileName, String tempDir) throws SQLiteException;
    native void closedb(int sqliteHandle) throws SQLiteException;
    native void beginTransaction(int sqliteHandle);
    native void commitTransaction(int sqliteHandle);
}

SQLiteCursor.java:

package io.kzw.sqlite3native;

public class SQLiteCursor {

    native int columnType(int statementHandle, int columnIndex);
    native int columnIsNull(int statementHandle, int columnIndex);
    native int columnIntValue(int statementHandle, int columnIndex);
    native long columnLongValue(int statementHandle, int columnIndex);
    native double columnDoubleValue(int statementHandle, int columnIndex);
    native String columnStringValue(int statementHandle, int columnIndex);
    native byte[] columnByteArrayValue(int statementHandle, int columnIndex);
    native int columnByteBufferValue(int statementHandle, int columnIndex);
}

SQLitePreparedStatement:

package io.kzw.sqlite3native;

public class SQLitePreparedStatement {

	native void bindByteBuffer(int statementHandle, int index, ByteBuffer value, int length) throws SQLiteException;
	native void bindString(int statementHandle, int index, String value) throws SQLiteException;
	native void bindInt(int statementHandle, int index, int value) throws SQLiteException;
    	native void bindLong(int statementHandle, int index, long value) throws SQLiteException;
	native void bindDouble(int statementHandle, int index, double value) throws SQLiteException;
	native void bindNull(int statementHandle, int index) throws SQLiteException;
	native void reset(int statementHandle) throws SQLiteException;
	native int prepare(int sqliteHandle, String sql) throws SQLiteException;
	native void finalize(int statementHandle) throws SQLiteException;
    	native int step(int statementHandle) throws SQLiteException;
}

SQLiteException:

package io.kzw.sqlite3native;

public class SQLiteException extends Exception {

	private static final long serialVersionUID = -2398298479089615621L;

	public final int errorCode;
	
	public SQLiteException(int errcode, String msg) {
		super(msg);
		errorCode = errcode;		
	}

	public SQLiteException(String msg) {
		this(0, msg);
	}

	public SQLiteException() {
		errorCode = 0;
	}
}

3. 编写 JNI 类

SqliteWrapper.cpp:

#include "sqlite3.h"
#include <jni.h>

void throw_sqlite3_exception(JNIEnv *env, sqlite3 *handle, int errcode) {
    if (SQLITE_OK == errcode) {
        errcode = sqlite3_errcode(handle);
    }
    const char *errmsg = sqlite3_errmsg(handle);
    jclass exClass = env->FindClass("io/kzw/sqlite3native/SQLiteException");
    env->ThrowNew(exClass, errmsg);
}

extern "C" {

int Java_io_kzw_sqlite3native_SQLitePreparedStatement_step(JNIEnv *env, jobject object, int statementHandle) {
    sqlite3_stmt *handle = (sqlite3_stmt *) statementHandle;
    
    int errcode = sqlite3_step(handle);
    if (errcode == SQLITE_ROW)  {
        return 0;
    } else if(errcode == SQLITE_DONE) {
        return 1;
    }  else if(errcode == SQLITE_BUSY) {
        return -1;
    }
    throw_sqlite3_exception(env, sqlite3_db_handle(handle), errcode);
}

int Java_io_kzw_sqlite3native_SQLitePreparedStatement_prepare(JNIEnv *env, jobject object, int sqliteHandle, jstring sql) {
    sqlite3 *handle = (sqlite3 *) sqliteHandle;
    
    char const *sqlStr = env->GetStringUTFChars(sql, 0);
    
    sqlite3_stmt *stmt_handle;
    
    int errcode = sqlite3_prepare_v2(handle, sqlStr, -1, &stmt_handle, 0);
    if (SQLITE_OK != errcode) {
        throw_sqlite3_exception(env, handle, errcode);
    }
    
    if (sqlStr != 0) {
        env->ReleaseStringUTFChars(sql, sqlStr);
    }
    
    return (int) stmt_handle;
}

void Java_io_kzw_sqlite3native_SQLitePreparedStatement_reset(JNIEnv *env, jobject object, int statementHandle) {
    sqlite3_stmt *handle = (sqlite3_stmt *) statementHandle;
    
    int errcode = sqlite3_reset(handle);
    if (SQLITE_OK != errcode) {
        throw_sqlite3_exception(env, sqlite3_db_handle(handle), errcode);
    }
}

void Java_io_kzw_sqlite3native_SQLitePreparedStatement_finalize(JNIEnv *env, jobject object, int statementHandle) {
    sqlite3_finalize((sqlite3_stmt *) statementHandle);
}

void Java_io_kzw_sqlite3native_SQLitePreparedStatement_bindByteBuffer(JNIEnv *env, jobject object, int statementHandle, int index, jobject value, int length) {
    sqlite3_stmt *handle = (sqlite3_stmt *) statementHandle;
    void *buf = env->GetDirectBufferAddress(value);
    
    int errcode = sqlite3_bind_blob(handle, index, buf, length, SQLITE_STATIC);
    if (SQLITE_OK != errcode) {
        throw_sqlite3_exception(env, sqlite3_db_handle(handle), errcode);
    }
}

void Java_io_kzw_sqlite3native_SQLitePreparedStatement_bindString(JNIEnv *env, jobject object, int statementHandle, int index, jstring value) {
    sqlite3_stmt *handle = (sqlite3_stmt *) statementHandle;
    
    char const *valueStr = env->GetStringUTFChars(value, 0);
    
    int errcode = sqlite3_bind_text(handle, index, valueStr, -1, SQLITE_TRANSIENT);
    if (SQLITE_OK != errcode) {
        throw_sqlite3_exception(env, sqlite3_db_handle(handle), errcode);
    }
    
    if (valueStr != 0) {
        env->ReleaseStringUTFChars(value, valueStr);
    }
}

void Java_io_kzw_sqlite3native_SQLitePreparedStatement_bindInt(JNIEnv *env, jobject object, int statementHandle, int index, int value) {
    sqlite3_stmt *handle = (sqlite3_stmt *) statementHandle;
    
    int errcode = sqlite3_bind_int(handle, index, value);
    if (SQLITE_OK != errcode) {
        throw_sqlite3_exception(env, sqlite3_db_handle(handle), errcode);
    }
}

void Java_io_kzw_sqlite3native_SQLitePreparedStatement_bindLong(JNIEnv *env, jobject object, int statementHandle, int index, long long value) {
    sqlite3_stmt *handle = (sqlite3_stmt *) statementHandle;
    
    int errcode = sqlite3_bind_int64(handle, index, value);
    if (SQLITE_OK != errcode) {
        throw_sqlite3_exception(env, sqlite3_db_handle(handle), errcode);
    }
}

void Java_io_kzw_sqlite3native_SQLitePreparedStatement_bindDouble(JNIEnv *env, jobject object, int statementHandle, int index, double value) {
    sqlite3_stmt *handle = (sqlite3_stmt *) statementHandle;
    
    int errcode = sqlite3_bind_double(handle, index, value);
    if (SQLITE_OK != errcode) {
        throw_sqlite3_exception(env, sqlite3_db_handle(handle), errcode);
    }
}

void Java_io_kzw_sqlite3native_SQLitePreparedStatement_bindNull(JNIEnv *env, jobject object, int statementHandle, int index) {
    sqlite3_stmt *handle = (sqlite3_stmt *) statementHandle;
    
    int errcode = sqlite3_bind_null(handle, index);
    if (SQLITE_OK != errcode) {
        throw_sqlite3_exception(env, sqlite3_db_handle(handle), errcode);
    }
}

void Java_io_kzw_sqlite3native_SQLiteDatabase_closedb(JNIEnv *env, jobject object, int sqliteHandle) {
    sqlite3 *handle = (sqlite3 *)sqliteHandle;
    int err = sqlite3_close(handle);
    if (SQLITE_OK != err) {
        throw_sqlite3_exception(env, handle, err);
    }
}

void Java_io_kzw_sqlite3native_SQLiteDatabase_beginTransaction(JNIEnv *env, jobject object, int sqliteHandle) {
    sqlite3 *handle = (sqlite3 *)sqliteHandle;
    sqlite3_exec(handle, "BEGIN", 0, 0, 0);
}

void Java__io_kzw_sqlite3native_SQLiteDatabase_commitTransaction(JNIEnv *env, jobject object, int sqliteHandle) {
    sqlite3 *handle = (sqlite3 *)sqliteHandle;
    sqlite3_exec(handle, "COMMIT", 0, 0, 0);
}

int Java_io_kzw_sqlite3native_SQLiteDatabase_opendb(JNIEnv *env, jobject object, jstring fileName, jstring tempDir) {
    char const *fileNameStr = env->GetStringUTFChars(fileName, 0);
    char const *tempDirStr = env->GetStringUTFChars(tempDir, 0);
    
    if (sqlite3_temp_directory != 0) {
        sqlite3_free(sqlite3_temp_directory);
    }
    sqlite3_temp_directory = sqlite3_mprintf("%s", tempDirStr);
    
    sqlite3 *handle = 0;
    int err = sqlite3_open(fileNameStr, &handle);
    if (SQLITE_OK != err) {
        throw_sqlite3_exception(env, handle, err);
    }
    if (fileNameStr != 0) {
        env->ReleaseStringUTFChars(fileName, fileNameStr);
    }
    if (tempDirStr != 0) {
        env->ReleaseStringUTFChars(tempDir, tempDirStr);
    }
    return (int)handle;
}

int Java_io_kzw_sqlite3native_SQLiteCursor_columnType(JNIEnv *env, jobject object, int statementHandle, int columnIndex) {
	sqlite3_stmt *handle = (sqlite3_stmt *)statementHandle;
	return sqlite3_column_type(handle, columnIndex);
}

int Java_io_kzw_sqlite3native_SQLiteCursor_columnIsNull(JNIEnv *env, jobject object, int statementHandle, int columnIndex) {
	sqlite3_stmt *handle = (sqlite3_stmt *)statementHandle;
	int valType = sqlite3_column_type(handle, columnIndex);
	return SQLITE_NULL == valType;
}

int Java_io_kzw_sqlite3native_SQLiteCursor_columnIntValue(JNIEnv *env, jobject object, int statementHandle, int columnIndex) {
	sqlite3_stmt *handle = (sqlite3_stmt *)statementHandle;
	int valType = sqlite3_column_type(handle, columnIndex);
	if (SQLITE_NULL == valType) {
		return 0;
	}
	return sqlite3_column_int(handle, columnIndex);
}

long long Java_io_kzw_sqlite3native_SQLiteCursor_columnLongValue(JNIEnv *env, jobject object, int statementHandle, int columnIndex) {
	sqlite3_stmt *handle = (sqlite3_stmt *)statementHandle;
	int valType = sqlite3_column_type(handle, columnIndex);
	if (SQLITE_NULL == valType) {
		return 0;
	}
	return sqlite3_column_int64(handle, columnIndex);
}

double Java_io_kzw_sqlite3native_SQLiteCursor_columnDoubleValue(JNIEnv *env, jobject object, int statementHandle, int columnIndex) {
	sqlite3_stmt *handle = (sqlite3_stmt *)statementHandle;
	int valType = sqlite3_column_type(handle, columnIndex);
	if (SQLITE_NULL == valType) {
		return 0;
	}
	return sqlite3_column_double(handle, columnIndex);
}

jstring Java_io_kzw_sqlite3native_SQLiteCursor_columnStringValue(JNIEnv *env, jobject object, int statementHandle, int columnIndex) {
	sqlite3_stmt *handle = (sqlite3_stmt *)statementHandle;
	const char *str = (const char *) sqlite3_column_text(handle, columnIndex);
	if (str != 0) {
		return env->NewStringUTF(str);
	}
	return 0;
}

jbyteArray Java_io_kzw_sqlite3native_SQLiteCursor_columnByteArrayValue(JNIEnv *env, jobject object, int statementHandle, int columnIndex) {
    sqlite3_stmt *handle = (sqlite3_stmt *)statementHandle;
	const jbyte *buf = (const jbyte *) sqlite3_column_blob(handle, columnIndex);
	int length = sqlite3_column_bytes(handle, columnIndex);
	if (buf != nullptr && length > 0) {
		jbyteArray result = env->NewByteArray(length);
        env->SetByteArrayRegion(result, 0, length, buf);
        return result;
	}
	return nullptr;
}
}

4. Android.mk 和 Application.mk

Android.mk:

LOCAL_PATH := $(call my-dir)

ifeq ($(TARGET_ARCH_ABI),armeabi)
	LOCAL_ARM_MODE  := thumb
else
	LOCAL_ARM_MODE  := arm
endif
LOCAL_MODULE := sqlite3
LOCAL_CFLAGS 	:= -w -std=c11 -Os -DNULL=0 -DSOCKLEN_T=socklen_t -DLOCALE_NOT_USED -D_LARGEFILE_SOURCE=1 -D_FILE_OFFSET_BITS=32
LOCAL_CFLAGS 	+= -DANDROID_NDK -DDISABLE_IMPORTGL -fno-strict-aliasing -fprefetch-loop-arrays -DAVOID_TABLES -DANDROID_TILE_BASED_DECODE -DANDROID_ARMV6_IDCT -DHAVE_STRCHRNUL=0

LOCAL_SRC_FILES     := \
./sqlite3.c

include $(BUILD_STATIC_LIBRARY)

include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_MODULE 	:= sqlite_wrapper
LOCAL_CPPFLAGS 	:= -std=c++11
LOCAL_LDLIBS 	:= -llog -lz
LOCAL_STATIC_LIBRARIES := sqlite3

LOCAL_SRC_FILES     += \
./SqliteWrapper.cpp \

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

这边编译的是 armeabi 和 armeabi-v7a 平台，先编译 sqlite3 静态库，然后作为 sqlite_wrapper 共享库的依赖库。由于我使用的是 NDK r15 编译的，需要设置 -D_FILE_OFFSET_BITS=32，否则会报错：mmap unknown identifier，具体可以看这篇文章：https://github.com/couchbaselabs/couchbase-lite-libsqlcipher/pull/23

Application.mk:

APP_PLATFORM := android-14
APP_ABI := armeabi armeabi-v7a
NDK_TOOLCHAIN_VERSION := 4.9
APP_STL := gnustl_static

5. 编译生成 so 库

MacBook-Pro-3:jni kuangzhongwen$ ndk-build 
[armeabi] Compile++ thumb: sqlite_wrapper <= SqliteWrapper.cpp
[armeabi] Compile thumb  : sqlite3 <= sqlite3.c
[armeabi] StaticLibrary  : libgnustl_shared.a
[armeabi] SharedLibrary  : libsqlite_wrapper.so
[armeabi] Install        : libsqlite_wrapper.so => libs/armeabi/libsqlite_wrapper.so
[armeabi-v7a] Compile++ thumb: sqlite_wrapper <= SqliteWrapper.cpp

ndk-build，可以看到依次生成了两个平台的 so 库，都是先打出 .a 静态库，再打出 so 共享库，最终 so 库会打包进 apk 中。

使用时加载库即可：

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

时间有限，就不写 demo 运行了，感兴趣的同学可以自行编译运行一下。明天开始，将开写 40-50 篇的 Framework 文章，也是对自己的一个查漏补缺。

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