簡(jiǎn)單談一談Java中的Unsafe類
Unsafe類是啥？
Java最初被設(shè)計(jì)為一種安全的受控環(huán)境。盡管如此筋栋，Java HotSpot還是包含了一個(gè)“后門(mén)”敏簿，提供了一些可以直接操控內(nèi)存和線程的低層次操作净薛。這個(gè)后門(mén)類——sun.misc.Unsafe——被JDK廣泛用于自己的包中擂送，如java.nio和java.util.concurrent弄贿。但是絲毫不建議在生產(chǎn)環(huán)境中使用這個(gè)后門(mén)液斜。因?yàn)檫@個(gè)API十分不安全求类、不輕便奔垦、而且不穩(wěn)定。這個(gè)不安全的類提供了一個(gè)觀察HotSpot JVM內(nèi)部結(jié)構(gòu)并且可以對(duì)其進(jìn)行修改仑嗅。有時(shí)它可以被用來(lái)在不適用C++調(diào)試的情況下學(xué)習(xí)虛擬機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)宴倍，有時(shí)也可以被拿來(lái)做性能監(jiān)控和開(kāi)發(fā)工具。
引言
Java當(dāng)中神奇的Unsafe類仓技，（可以稱作魔術(shù)鸵贬，哈哈）在這里跟大家分享一下。
Unsafe類是在sun.misc包下脖捻，不屬于Java標(biāo)準(zhǔn)阔逼。但是很多Java的基礎(chǔ)類庫(kù)，包括一些被廣泛使用的高性能開(kāi)發(fā)庫(kù)都是基于Unsafe類開(kāi)發(fā)的地沮，比如Netty嗜浮、Cassandra、Hadoop摩疑、Kafka等危融。Unsafe類在提升Java運(yùn)行效率，增強(qiáng)Java語(yǔ)言底層操作能力方面起了很大的作用雷袋。
Unsafe類使Java擁有了像C語(yǔ)言的指針一樣操作內(nèi)存空間的能力吉殃，同時(shí)也帶來(lái)了指針的問(wèn)題。過(guò)度的使用Unsafe類會(huì)使得出錯(cuò)的幾率變大楷怒，因此Java官方并不建議使用的蛋勺，官方文檔也幾乎沒(méi)有。Oracle正在計(jì)劃從Java 9中去掉Unsafe類鸠删，如果真是如此影響就太大了抱完。
通常我們最好也不要使用Unsafe類，除非有明確的目的刃泡，并且也要對(duì)它有深入的了解才行巧娱。要想使用Unsafe類需要用一些比較tricky的辦法。Unsafe類使用了單例模式捅僵，需要通過(guò)一個(gè)靜態(tài)方法getUnsafe()來(lái)獲取家卖。但Unsafe類做了限制，如果是普通的調(diào)用的話庙楚，它會(huì)拋出一個(gè)SecurityException異常；只有由主類加載器加載的類才能調(diào)用這個(gè)方法趴樱。其源碼如下：
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publicstaticUnsafe getUnsafe() {
?Class var0 = Reflection.getCallerClass();
?if(!VM.isSystemDomainLoader(var0.getClassLoader())) {
??thrownewSecurityException("Unsafe");
?} else{
??returntheUnsafe;
?}
}
網(wǎng)上也有一些辦法來(lái)用主類加載器加載用戶代碼馒闷，比如設(shè)置bootclasspath參數(shù)酪捡。但更簡(jiǎn)單方法是利用Java反射，方法如下：
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Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
f.setAccessible(true);
Unsafe unsafe = (Unsafe) f.get(null);
獲取到Unsafe實(shí)例之后纳账，我們就可以為所欲為了逛薇。Unsafe類提供了以下這些功能：
一、內(nèi)存管理疏虫。包括分配內(nèi)存永罚、釋放內(nèi)存等。
該部分包括了allocateMemory（分配內(nèi)存）卧秘、reallocateMemory（重新分配內(nèi)存）呢袱、copyMemory（拷貝內(nèi)存）、freeMemory（釋放內(nèi)存 ）翅敌、getAddress（獲取內(nèi)存地址）羞福、addressSize、pageSize蚯涮、getInt（獲取內(nèi)存地址指向的整數(shù)）治专、getIntVolatile（獲取內(nèi)存地址指向的整數(shù)，并支持volatile語(yǔ)義）遭顶、putInt（將整數(shù)寫(xiě)入指定內(nèi)存地址）张峰、putIntVolatile（將整數(shù)寫(xiě)入指定內(nèi)存地址，并支持volatile語(yǔ)義）棒旗、putOrderedInt（將整數(shù)寫(xiě)入指定內(nèi)存地址喘批、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嗦哆。
利用copyMemory方法谤祖，我們可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)通用的對(duì)象拷貝方法，無(wú)需再對(duì)每一個(gè)對(duì)象都實(shí)現(xiàn)clone方法老速，當(dāng)然這通用的方法只能做到對(duì)象淺拷貝粥喜。
二、非常規(guī)的對(duì)象實(shí)例化橘券。
allocateInstance()方法提供了另一種創(chuàng)建實(shí)例的途徑额湘。通常我們可以用new或者反射來(lái)實(shí)例化對(duì)象，使用allocateInstance()方法可以直接生成對(duì)象實(shí)例旁舰，且無(wú)需調(diào)用構(gòu)造方法和其它初始化方法锋华。
這在對(duì)象反序列化的時(shí)候會(huì)很有用，能夠重建和設(shè)置final字段箭窜，而不需要調(diào)用構(gòu)造方法毯焕。
三、操作類、對(duì)象纳猫、變量婆咸。
這部分包括了staticFieldOffset（靜態(tài)域偏移）、defineClass（定義類）芜辕、defineAnonymousClass（定義匿名類）尚骄、ensureClassInitialized（確保類初始化）、objectFieldOffset（對(duì)象域偏移）等方法侵续。
通過(guò)這些方法我們可以獲取對(duì)象的指針倔丈，通過(guò)對(duì)指針進(jìn)行偏移，我們不僅可以直接修改指針指向的數(shù)據(jù)（即使它們是私有的）状蜗，甚至可以找到JVM已經(jīng)認(rèn)定為垃圾需五、可以進(jìn)行回收的對(duì)象。
四诗舰、數(shù)組操作警儒。
這部分包括了arrayBaseOffset（獲取數(shù)組第一個(gè)元素的偏移地址）、arrayIndexScale（獲取數(shù)組中元素的增量地址）等方法眶根。arrayBaseOffset與arrayIndexScale配合起來(lái)使用蜀铲，就可以定位數(shù)組中每個(gè)元素在內(nèi)存中的位置。
由于Java的數(shù)組最大值為Integer.MAX_VALUE属百，使用Unsafe類的內(nèi)存分配方法可以實(shí)現(xiàn)超大數(shù)組记劝。實(shí)際上這樣的數(shù)據(jù)就可以認(rèn)為是C數(shù)組，因此需要注意在合適的時(shí)間釋放內(nèi)存族扰。
五厌丑、多線程同步。包括鎖機(jī)制渔呵、CAS操作等怒竿。
這部分包括了monitorEnter、tryMonitorEnter扩氢、monitorExit耕驰、compareAndSwapInt、compareAndSwap等方法录豺。
其中monitorEnter朦肘、tryMonitorEnter、monitorExit已經(jīng)被標(biāo)記為deprecated双饥，不建議使用媒抠。
Unsafe類的CAS操作可能是用的最多的，它為Java的鎖機(jī)制提供了一種新的解決辦法咏花，比如AtomicInteger等類都是通過(guò)該方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的趴生。compareAndSwap方法是原子的，可以避免繁重的鎖機(jī)制，提高代碼效率冲秽。這是一種樂(lè)觀鎖舍咖，通常認(rèn)為在大部分情況下不出現(xiàn)競(jìng)態(tài)條件矩父，如果操作失敗锉桑，會(huì)不斷重試直到成功。
六窍株、掛起與恢復(fù)民轴。
這部分包括了park、unpark等方法球订。
將一個(gè)線程進(jìn)行掛起是通過(guò)park方法實(shí)現(xiàn)的后裸，調(diào)用 park后，線程將一直阻塞直到超時(shí)或者中斷等條件出現(xiàn)冒滩。unpark可以終止一個(gè)掛起的線程微驶，使其恢復(fù)正常。整個(gè)并發(fā)框架中對(duì)線程的掛起操作被封裝在 LockSupport類中开睡，LockSupport類中有各種版本pack方法因苹，但最終都調(diào)用了Unsafe.park()方法。
七篇恒、內(nèi)存屏障扶檐。
這部分包括了loadFence、storeFence胁艰、fullFence等方法款筑。這是在Java 8新引入的，用于定義內(nèi)存屏障腾么，避免代碼重排序奈梳。
loadFence() 表示該方法之前的所有l(wèi)oad操作在內(nèi)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(nèi)存屏障之前完成解虱。fullFence()表示該方法之前的所有l(wèi)oad攘须、store操作在內(nèi)存屏障之前完成。
總結(jié)
以上就是這篇文章的全部?jī)?nèi)容了饭寺，希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值阻课，如果有疑問(wèn)大家可以留言交流。
