一篇看懂Java中的Unsafe类
前言
本文主要给大家介绍了关于Java中Unsafe类的相关内容，分享出来供大家参考学习，下面话不多说了，来一起看看详细的介绍吧
1.Unsafe类介绍
Unsafe类是在sun.misc包下，不属于Java标准。但是很多Java的基础类库，包括一些被广泛使用的高性能开发库都是基于Unsafe类开发的，比如Netty、Hadoop、Kafka等。
使用Unsafe可用来直接访问系统内存资源并进行自主管理，Unsafe类在提升Java运行效率，增强Java语言底层操作能力方面起了很大的作用。
Unsafe可认为是Java中留下的后门，提供了一些低层次操作，如直接内存访问、线程调度等。
官方并不建议使用Unsafe。
下面是使用Unsafe的一些例子。
1.1实例化私有类
importjava.lang.reflect.Field;
importsun.misc.Unsafe;
publicclassUnsafePlayer{
publicstaticvoidmain(String[]args)throwsException{
//通过反射实例化Unsafe
Fieldf=Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
f.setAccessible(true);
Unsafeunsafe=(Unsafe)f.get(null);
//实例化Player
Playerplayer=(Player)unsafe.allocateInstance(Player.class);
player.setName("lilei");
System.out.println(player.getName());
}
}
classPlayer{
privateStringname;
privatePlayer(){}
publicStringgetName(){
returnname;
}
publicvoidsetName(Stringname){
this.name=name;
}
}
1.2CAS操作，通过内存偏移地址修改变量值
java并发包中的SynchronousQueue中的TransferStack中使用CAS更新栈顶。
/Unsafemechanics
privatestaticfinalsun.misc.UnsafeUNSAFE;
privatestaticfinallongheadOffset;
static{
try{
UNSAFE=sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
Classk=TransferStack.class;
headOffset=UNSAFE.objectFieldOffset
(k.getDeclaredField("head"));
}catch(Exceptione){
thrownewError(e);
}
}
//栈顶
volatileSNodehead;
//更新栈顶
booleancasHead(SNodeh,SNodenh){
returnh==head&&
UNSAFE.compareAndSwapObject(this,headOffset,h,nh);
}
1.3直接内存访问
Unsafe的直接内存访问：用Unsafe开辟的内存空间不占用Heap空间，当然也不具有自动内存回收功能。做到像C一样自由利用系统内存资源。
2.Unsafe类源码分析
Unsafe的大部分API都是native的方法，主要包括以下几类：
1）Class相关。主要提供Class和它的静态字段的操作方法。
2）Object相关。主要提供Object和它的字段的操作方法。
3）Arrray相关。主要提供数组及其中元素的操作方法。
4）并发相关。主要提供低级别同步原语，如CAS、线程调度、volatile、内存屏障等。
5）Memory相关。提供了直接内存访问方法（绕过Java堆直接操作本地内存），可做到像C一样自由利用系统内存资源。
6）系统相关。主要返回某些低级别的内存信息，如地址大小、内存页大小。
2.1Class相关
//静态属性的偏移量，用于在对应的Class对象中读写静态属性 publicnativelongstaticFieldOffset(Fieldf); publicnativeObjectstaticFieldBase(Fieldf); //判断是否需要初始化一个类 publicnativebooleanshouldBeInitialized(Classc); //确保类被初始化 publicnativevoidensureClassInitialized(Classc); //定义一个类，可用于动态创建类 publicnativeClassdefineClass(Stringname,byte[]b,intoff,intlen, ClassLoaderloader, ProtectionDomainprotectionDomain); //定义一个匿名类，可用于动态创建类 publicnativeClassdefineAnonymousClass(ClasshostClass,byte[]data,Object[]cpPatches);
2.2Object相关
Java中的基本类型（boolean、byte、char、short、int、long、float、double）及对象引用类型都有以下方法。
//获得对象的字段偏移量 publicnativelongobjectFieldOffset(Fieldf); //获得给定对象地址偏移量的int值 publicnativeintgetInt(Objecto,longoffset); //设置给定对象地址偏移量的int值 publicnativevoidputInt(Objecto,longoffset,intx);
//创建对象，但并不会调用其构造方法。如果类未被初始化，将初始化类。 publicnativeObjectallocateInstance(Classcls) throwsInstantiationException;
2.3数组相关
/**
*Reporttheoffsetofthefirstelementinthestorageallocationofa
*givenarrayclass.If{@link#arrayIndexScale}returnsanon-zerovalue
*forthesameclass,youmayusethatscalefactor,togetherwiththis
*baseoffset,toformnewoffsetstoaccesselementsofarraysofthe
*givenclass.
*
*@see#getInt(Object,long)
*@see#putInt(Object,long,int)
*/
//返回数组中第一个元素的偏移地址
publicnativeintarrayBaseOffset(ClassarrayClass);
//boolean、byte、short、char、int、long、float、double，及对象类型均有以下方法
/**Thevalueof{@codearrayBaseOffset(boolean[].class)}*/
publicstaticfinalintARRAY_BOOLEAN_BASE_OFFSET
=theUnsafe.arrayBaseOffset(boolean[].class);
/**
*Reportthescalefactorforaddressingelementsinthestorage
*allocationofagivenarrayclass.However,arraysof"narrow"types
*willgenerallynotworkproperlywithaccessorslike{@link
*#getByte(Object,int)},sothescalefactorforsuchclassesisreported
*aszero.
*
*@see#arrayBaseOffset
*@see#getInt(Object,long)
*@see#putInt(Object,long,int)
*/
//返回数组中每一个元素占用的大小
publicnativeintarrayIndexScale(ClassarrayClass);
//boolean、byte、short、char、int、long、float、double，及对象类型均有以下方法
/**Thevalueof{@codearrayIndexScale(boolean[].class)}*/
publicstaticfinalintARRAY_BOOLEAN_INDEX_SCALE
=theUnsafe.arrayIndexScale(boolean[].class);
通过arrayBaseOffset和arrayIndexScale可定位数组中每个元素在内存中的位置。
2.4并发相关
2.4.1CAS相关
CAS：CompareAndSwap，内存偏移地址offset，预期值expected，新值x。如果变量在当前时刻的值和预期值expected相等，尝试将变量的值更新为x。如果更新成功，返回true；否则，返回false。
//更新变量值为x，如果当前值为expected //o：对象offset：偏移量expected：期望值x：新值 publicfinalnativebooleancompareAndSwapObject(Objecto,longoffset, Objectexpected, Objectx); publicfinalnativebooleancompareAndSwapInt(Objecto,longoffset, intexpected, intx); publicfinalnativebooleancompareAndSwapLong(Objecto,longoffset, longexpected, longx);
从Java8开始，Unsafe中提供了以下方法：
//增加
publicfinalintgetAndAddInt(Objecto,longoffset,intdelta){
intv;
do{
v=getIntVolatile(o,offset);
}while(!compareAndSwapInt(o,offset,v,v+delta));
returnv;
}
publicfinallonggetAndAddLong(Objecto,longoffset,longdelta){
longv;
do{
v=getLongVolatile(o,offset);
}while(!compareAndSwapLong(o,offset,v,v+delta));
returnv;
}
//设置
publicfinalintgetAndSetInt(Objecto,longoffset,intnewValue){
intv;
do{
v=getIntVolatile(o,offset);
}while(!compareAndSwapInt(o,offset,v,newValue));
returnv;
}
publicfinallonggetAndSetLong(Objecto,longoffset,longnewValue){
longv;
do{
v=getLongVolatile(o,offset);
}while(!compareAndSwapLong(o,offset,v,newValue));
returnv;
}
publicfinalObjectgetAndSetObject(Objecto,longoffset,ObjectnewValue){
Objectv;
do{
v=getObjectVolatile(o,offset);
}while(!compareAndSwapObject(o,offset,v,newValue));
returnv;
2.4.2线程调度相关
//取消阻塞线程 publicnativevoidunpark(Objectthread); //阻塞线程 publicnativevoidpark(booleanisAbsolute,longtime); //获得对象锁 publicnativevoidmonitorEnter(Objecto); //释放对象锁 publicnativevoidmonitorExit(Objecto); //尝试获取对象锁，返回true或false表示是否获取成功 publicnativebooleantryMonitorEnter(Objecto);
2.4.3volatile相关读写
Java中的基本类型（boolean、byte、char、short、int、long、float、double）及对象引用类型都有以下方法。
//从对象的指定偏移量处获取变量的引用，使用volatile的加载语义 //相当于getObject(Object,long)的volatile版本 publicnativeObjectgetObjectVolatile(Objecto,longoffset); //存储变量的引用到对象的指定的偏移量处，使用volatile的存储语义 //相当于putObject(Object,long,Object)的volatile版本 publicnativevoidputObjectVolatile(Objecto,longoffset,Objectx);
/**
*Versionof{@link#putObjectVolatile(Object,long,Object)}
*thatdoesnotguaranteeimmediatevisibilityofthestoreto
*otherthreads.Thismethodisgenerallyonlyusefulifthe
*underlyingfieldisaJavavolatile(orifanarraycell,one
*thatisotherwiseonlyaccessedusingvolatileaccesses).
*/
publicnativevoidputOrderedObject(Objecto,longoffset,Objectx);
/**Ordered/Lazyversionof{@link#putIntVolatile(Object,long,int)}*/
publicnativevoidputOrderedInt(Objecto,longoffset,intx);
/**Ordered/Lazyversionof{@link#putLongVolatile(Object,long,long)}*/
publicnativevoidputOrderedLong(Objecto,longoffset,longx);
2.4.4内存屏障相关
Java8引入，用于定义内存屏障，避免代码重排序。
//内存屏障，禁止load操作重排序，即屏障前的load操作不能被重排序到屏障后，屏障后的load操作不能被重排序到屏障前 publicnativevoidloadFence(); //内存屏障，禁止store操作重排序，即屏障前的store操作不能被重排序到屏障后，屏障后的store操作不能被重排序到屏障前 publicnativevoidstoreFence(); //内存屏障，禁止load、store操作重排序 publicnativevoidfullFence();
2.5直接内存访问（非堆内存）
allocateMemory所分配的内存需要手动free（不被GC回收）
//（boolean、byte、char、short、int、long、float、double)都有以下get、put两个方法。
//获得给定地址上的int值
publicnativeintgetInt(longaddress);
//设置给定地址上的int值
publicnativevoidputInt(longaddress,intx);
//获得本地指针
publicnativelonggetAddress(longaddress);
//存储本地指针到给定的内存地址
publicnativevoidputAddress(longaddress,longx);
//分配内存
publicnativelongallocateMemory(longbytes);
//重新分配内存
publicnativelongreallocateMemory(longaddress,longbytes);
//初始化内存内容
publicnativevoidsetMemory(Objecto,longoffset,longbytes,bytevalue);
//初始化内存内容
publicvoidsetMemory(longaddress,longbytes,bytevalue){
setMemory(null,address,bytes,value);
}
//内存内容拷贝
publicnativevoidcopyMemory(ObjectsrcBase,longsrcOffset,
ObjectdestBase,longdestOffset,
longbytes);
//内存内容拷贝
publicvoidcopyMemory(longsrcAddress,longdestAddress,longbytes){
copyMemory(null,srcAddress,null,destAddress,bytes);
}
//释放内存
publicnativevoidfreeMemory(longaddress);
2.6系统相关
//返回指针的大小。返回值为4或8。
publicnativeintaddressSize();
/**Thevalueof{@codeaddressSize()}*/
publicstaticfinalintADDRESS_SIZE=theUnsafe.addressSize();
//内存页的大小。
publicnativeintpageSize();
3.参考资料
https://www.nhooo.com/article/140709.htm 说一说Java中的Unsafe类
https://www.nhooo.com/article/140721.htmjava魔法类：sun.misc.Unsafe
总结
以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，如果有疑问大家可以留言交流，谢谢大家对毛票票的支持。