Unsafe類是啥？

Java最初被設計為一種安全的受控環(huán)境。盡管如此，Java HotSpot還是包含了一個“后門”，提供了一些可以直接操控內存和線程的低層次操作。這個后門類——sun.misc.Unsafe——被JDK廣泛用于自己的包中，如java.nio和java.util.concurrent。但是絲毫不建議在生產環(huán)境中使用這個后門。因為這個API十分不安全、不輕便、而且不穩(wěn)定。這個不安全的類提供了一個觀察HotSpot JVM內部結構并且可以對其進行修改。有時它可以被用來在不適用C++調試的情況下學習虛擬機內部結構，有時也可以被拿來做性能監(jiān)控和開發(fā)工具。

引言

最近在看Java并發(fā)包的源碼，發(fā)現(xiàn)了神奇的Unsafe類，仔細研究了一下，在這里跟大家分享一下。

Unsafe類是在sun.misc包下，不屬于Java標準。但是很多Java的基礎類庫，包括一些被廣泛使用的高性能開發(fā)庫都是基于Unsafe類開發(fā)的，比如Netty、Cassandra、Hadoop、Kafka等。Unsafe類在提升Java運行效率，增強Java語言底層操作能力方面起了很大的作用。

Unsafe類使Java擁有了像C語言的指針一樣操作內存空間的能力，同時也帶來了指針的問題。過度的使用Unsafe類會使得出錯的幾率變大，因此Java官方并不建議使用的，官方文檔也幾乎沒有。Oracle正在計劃從Java 9中去掉Unsafe類，如果真是如此影響就太大了。

通常我們最好也不要使用Unsafe類，除非有明確的目的，并且也要對它有深入的了解才行。要想使用Unsafe類需要用一些比較tricky的辦法。Unsafe類使用了單例模式，需要通過一個靜態(tài)方法getUnsafe()來獲取。但Unsafe類做了限制，如果是普通的調用的話，它會拋出一個SecurityException異常；只有由主類加載器加載的類才能調用這個方法。其源碼如下：

public static Unsafe getUnsafe() {
 Class var0 = Reflection.getCallerClass();
 if(!VM.isSystemDomainLoader(var0.getClassLoader())) {
  throw new SecurityException("Unsafe");
 } else {
  return theUnsafe;
 }
}

網上也有一些辦法來用主類加載器加載用戶代碼，比如設置bootclasspath參數(shù)。但更簡單方法是利用Java反射，方法如下：

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

獲取到Unsafe實例之后，我們就可以為所欲為了。Unsafe類提供了以下這些功能：

一、內存管理。包括分配內存、釋放內存等。

該部分包括了allocateMemory（分配內存）、reallocateMemory（重新分配內存）、copyMemory（拷貝內存）、freeMemory（釋放內存 ）、getAddress（獲取內存地址）、addressSize、pageSize、getInt（獲取內存地址指向的整數(shù)）、getIntVolatile（獲取內存地址指向的整數(shù)，并支持volatile語義）、putInt（將整數(shù)寫入指定內存地址）、putIntVolatile（將整數(shù)寫入指定內存地址，并支持volatile語義）、putOrderedInt（將整數(shù)寫入指定內存地址、有序或者有延遲的方法）等方法。getXXX和putXXX包含了各種基本類型的操作。

利用copyMemory方法，我們可以實現(xiàn)一個通用的對象拷貝方法，無需再對每一個對象都實現(xiàn)clone方法，當然這通用的方法只能做到對象淺拷貝。

二、非常規(guī)的對象實例化。

allocateInstance()方法提供了另一種創(chuàng)建實例的途徑。通常我們可以用new或者反射來實例化對象，使用allocateInstance()方法可以直接生成對象實例，且無需調用構造方法和其它初始化方法。

這在對象反序列化的時候會很有用，能夠重建和設置final字段，而不需要調用構造方法。

三、操作類、對象、變量。

這部分包括了staticFieldOffset（靜態(tài)域偏移）、defineClass（定義類）、defineAnonymousClass（定義匿名類）、ensureClassInitialized（確保類初始化）、objectFieldOffset（對象域偏移）等方法。

通過這些方法我們可以獲取對象的指針，通過對指針進行偏移，我們不僅可以直接修改指針指向的數(shù)據（即使它們是私有的），甚至可以找到JVM已經認定為垃圾、可以進行回收的對象。

四、數(shù)組操作。

這部分包括了arrayBaseOffset（獲取數(shù)組第一個元素的偏移地址）、arrayIndexScale（獲取數(shù)組中元素的增量地址）等方法。arrayBaseOffset與arrayIndexScale配合起來使用，就可以定位數(shù)組中每個元素在內存中的位置。

由于Java的數(shù)組最大值為Integer.MAX_VALUE，使用Unsafe類的內存分配方法可以實現(xiàn)超大數(shù)組。實際上這樣的數(shù)據就可以認為是C數(shù)組，因此需要注意在合適的時間釋放內存。

五、多線程同步。包括鎖機制、CAS操作等。

這部分包括了monitorEnter、tryMonitorEnter、monitorExit、compareAndSwapInt、compareAndSwap等方法。

其中monitorEnter、tryMonitorEnter、monitorExit已經被標記為deprecated，不建議使用。

Unsafe類的CAS操作可能是用的最多的，它為Java的鎖機制提供了一種新的解決辦法，比如AtomicInteger等類都是通過該方法來實現(xiàn)的。compareAndSwap方法是原子的，可以避免繁重的鎖機制，提高代碼效率。這是一種樂觀鎖，通常認為在大部分情況下不出現(xiàn)競態(tài)條件，如果操作失敗，會不斷重試直到成功。

六、掛起與恢復。

這部分包括了park、unpark等方法。

將一個線程進行掛起是通過park方法實現(xiàn)的，調用 park后，線程將一直阻塞直到超時或者中斷等條件出現(xiàn)。unpark可以終止一個掛起的線程，使其恢復正常。整個并發(fā)框架中對線程的掛起操作被封裝在 LockSupport類中，LockSupport類中有各種版本pack方法，但最終都調用了Unsafe.park()方法。

七、內存屏障。

這部分包括了loadFence、storeFence、fullFence等方法。這是在Java 8新引入的，用于定義內存屏障，避免代碼重排序。

loadFence() 表示該方法之前的所有l(wèi)oad操作在內存屏障之前完成。同理storeFence()表示該方法之前的所有store操作在內存屏障之前完成。fullFence()表示該方法之前的所有l(wèi)oad、store操作在內存屏障之前完成。

總結

以上就是這篇文章的全部內容了，希望本文的內容對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對腳本之家的支持。

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