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Unsafe介紹

Unsafe是位于sun.misc包下的一個(gè)類，主要提供一些用于執(zhí)行低級(jí)別、不安全操作的方法，如直接訪問(wèn)系統(tǒng)內(nèi)存資源、自主管理內(nèi)存資源等，這些方法在提升Java運(yùn)行效率、增強(qiáng)Java語(yǔ)言底層資源操作能力方面起到了很大的作用。但由于Unsafe類使得Java語(yǔ)言擁有了類似C語(yǔ)言指針一樣操作內(nèi)存空間的能力，這無(wú)疑也增加了程序發(fā)生相關(guān)指針問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)。在程序中過(guò)度、不正確使用Unsafe類會(huì)使得程序出錯(cuò)的概率變大，使得Java這種安全的語(yǔ)言變得不再“安全”，因此對(duì)Unsafe的使用一定要慎重。

java.util.concurrent.atomic包下的原子操作類，基本都是使用Unsafe實(shí)現(xiàn)的。

Unsafe提供的API大致可分為內(nèi)存操作、CAS、Class、對(duì)象操作、線程、系統(tǒng)信息獲取、內(nèi)存屏障、數(shù)組操作等幾類。

內(nèi)存相關(guān)

CAS相關(guān)

java.util.concurrent.atomic包中的原子類基本都用的Unsafe

private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe(); 
private static final long valueOffset; 
static { 
  try { 
    valueOffset = unsafe.objectFieldOffset(AtomicInteger.class.getDeclaredField("value")); 
  } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); } 
} 
public final int getAndSet(int newValue) { 
  return unsafe.getAndSetInt(this, valueOffset, newValue); 
} 

線程相關(guān)

LockSupport類中有應(yīng)用unpark，park

public static void park(Object blocker) { 
  Thread t = Thread.currentThread(); 
  setBlocker(t, blocker); 
  UNSAFE.park(false, 0L); 
  setBlocker(t, null); 
} 

public static void unpark(Thread thread) { 
  if (thread != null) 
    UNSAFE.unpark(thread); 
} 

Class相關(guān)

對(duì)象操作相關(guān)

系統(tǒng)相關(guān)

內(nèi)存屏障

loadFence：保證在這個(gè)屏障之前的所有讀操作都已經(jīng)完成。

storeFence：保證在這個(gè)屏障之前的所有寫操作都已經(jīng)完成。

fullFence：保證在這個(gè)屏障之前的所有讀寫操作都已經(jīng)完成。

在java8中 有這個(gè)StampedLock類，該類中應(yīng)用了內(nèi)存屏障功能。

private static final sun.misc.Unsafe U; 
static { 
  try { 
    U = sun.misc.Unsafe.getUnsafe(); 
  } catch (Exception e) { 
    throw new Error(e); 
  } 
} 
public boolean validate(long stamp) { 
  U.loadFence(); 
  return (stamp & SBITS) == (state & SBITS); 
} 

U.loadFence(); 

Unsafe.java

public final class Unsafe { 
 
    private static native void registerNatives(); 
    static { 
        registerNatives(); 
        sun.reflect.Reflection.registerMethodsToFilter(Unsafe.class, "getUnsafe"); 
    } 
 
    private Unsafe() {} 
 
    private static final Unsafe theUnsafe = new Unsafe(); 
    // ... 
} 

獲取Unsafe實(shí)例

Unsafe類是final且是單例的，并且theUnsafe字段是private;通過(guò)如下方法獲取實(shí)例

方法1

Field theUnsafe = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe") ; 
theUnsafe.setAccessible(true) ; 
Unsafe unsafe = (Unsafe) theUnsafe.get(null) ; 

方法2

private static Unsafe unsafe = null ; 
     
static { 
    try { 
        Constructor<Unsafe> cons = Unsafe.class.getDeclaredConstructor() ; 
        cons.setAccessible(true) ; 
        unsafe = cons.newInstance() ; 
    } catch (Exception e) { 
        e.printStackTrace(); 
    } 
} 

Unsafe簡(jiǎn)單應(yīng)用

int i = 0 ; 
     
public static void main(String[] args) throws Exception { 
    UnsafeDemo d = new UnsafeDemo() ; 
    // 獲取Unsafe實(shí)例 
    Field theUnsafe = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe") ; 
    theUnsafe.setAccessible(true) ; 
    Unsafe unsafe = (Unsafe) theUnsafe.get(null) ; 
    // 獲取類的實(shí)例變量 
    Field f = UnsafeDemo.class.getDeclaredField("i") ; 
    // 獲取字段相對(duì)Java對(duì)象的"起始地址"的偏移量 
    long fieldOffset = unsafe.objectFieldOffset(f) ; 
    System.out.println(fieldOffset) ; 
    // 設(shè)置值 
    boolean success = unsafe.compareAndSwapInt(d, fieldOffset, 0, 10) ; 
    System.out.println(success) ; 
    System.out.println(d.i) ; 
} 

Unsafe對(duì)象操作

private static Unsafe unsafe = null ; 
     
static { 
try { 
        Constructor<Unsafe> cons = Unsafe.class.getDeclaredConstructor() ; 
        cons.setAccessible(true) ; 
        unsafe = cons.newInstance() ; 
    } catch (Exception e) { 
        e.printStackTrace(); 
    } 
} 
public static void allocate() { 
    try { 
        Person p = (Person)unsafe.allocateInstance(Person.class) ; 
        p.setId("s001"); 
        System.out.println(p.getValue()) ; 
        System.out.println(p.getId()) ; 
    } catch (Exception e) { 
        e.printStackTrace(); 
    } 
} 

執(zhí)行結(jié)果：

對(duì)象操作2：

private Person p = new Person("1", "張三") ; 
     
public static void main(String[] args) throws Exception { 
  UnSafeObjectDemo d = new UnSafeObjectDemo() ; 
  Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe") ; 
    field.setAccessible(true) ; 
    Unsafe unsafe = (Unsafe) field.get(null) ; 
    Field f = d.getClass().getDeclaredField("p") ; 
    long offset = unsafe.objectFieldOffset(f) ; 
    System.out.println(offset) ; 
    boolean res = unsafe.compareAndSwapObject(d, offset, d.p, new Person("2", "李四")) ; 
    System.out.println(res) ; 
    System.out.println(d.p.getName()) ; 
} 

Unsafe創(chuàng)建對(duì)象

當(dāng)不知道即將使用的對(duì)象有何構(gòu)造函數(shù)，或是不想使用現(xiàn)有對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建對(duì)象時(shí)，可以通過(guò)如下方式：

Constructor<Teacher> cons = (Constructor<Teacher>) ReflectionFactory.getReflectionFactory().newConstructorForSerialization(Teacher.class, 
                Object.class.getConstructor()); 
cons.setAccessible(true); 
Teacher t = cons.newInstance() ; 
System.out.println(t) ; 

Unsafe簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)原子操作類

public class AtomicCount { 
     
    private static Unsafe unsafe ; 
     
    private int value ; 
    private static long valueOffset ; 
     
    static { 
        try { 
            Field theUnsafe = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe") ; 
            theUnsafe.setAccessible(true) ; 
            unsafe = (Unsafe) theUnsafe.get(null) ; 
             
            Field f = AtomicCount.class.getDeclaredField("value") ; 
            valueOffset = unsafe.objectFieldOffset(f) ; 
        } catch (Exception e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
    } 
     
    public AtomicCount(int value) { 
        this.value = value ; 
    } 
     
    public final int get() { 
        return value; 
    } 
     
    public final int getAndIncrement() { 
        return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1); 
    } 
     
} 

完畢！！！