Unsafe类，你知道多少呢？

在一些常用的中间件中，我们经常看见Unsafe类(sun.misc.Unsafe)的使用,如Netty、Cassandra、Hadoop、Kafka等,那么你知道Unsafe类的功能吗？
下文笔者将一一道来，如下所示:

Unsafe类的功能简介

Unsafe类在sun.misc包下Unsafe类不是Java标准类，一般的开发者不会涉及此类的开发Unsafe类可提高java的运行效率Unsafe类的功能:     使我们可跳过JVM,使java语言拥有c语言指针一样的能力，  如:操作内存空间，CAS，并发编程等能力

Unsafe类简介

Unsafe类使用“final”修改，不可以继承，并且构造函数是private,所以我们只能使用静态方法获取它的实例
例:

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

 从getUnsafe()方法中，我们可以得知，只有主类加载器才可以调用此方法，否则就会抛出异常

例:调用getUnsafe方法返回Unsafe

public static Unsafe getUnsafe() throws IllegalAccessException {    Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];    unsafeField.setAccessible(true);    return (Unsafe) unsafeField.get(null);}

Unsafe的主要功能

内存管理

Unsafe的内存管理功能主要包括   普通读写、volatile读写、有序写入、直接操作内存等分配内存与释放内存的功能

普通读写

Unsafe可以读写一个类的属性
即使这个属性是私有的
也可以对这个属性进行读写。

//获取内存地址指向的整数public native int getInt(Object var1, long var2);getInt用于从对象的指定偏移地址处读取一个int​//将整数写入指定内存地址public native void putInt(Object var1, long var2, int var4);      putInt用于在对象指定偏移地址处写入一个int。其他原始类型也提供有对应的方法另:Unsafe的getByte、putByte方法提供了直接在一个地址上进行读写的功能volatile读写  普通的读写无法保证可见性和有序性，而volatile读写就可以保证可见性和有序性。// 获取内存地址指向的整数，并支持volatile语义public native int getIntVolatile(Object var1, long var2);​// 将整数写入指定内存地址，并支持volatile语义public native void putIntVolatile(Object var1, long var2, int var4);   volatile读写要保证可见性和有序性，相对普通读写更加昂贵有序写入   有序写入只保证写入的有序性，不保证可见性   就是说一个线程的写入不保证其他线程立马可见。// 将整数写入指定内存地址、有序或者有延迟的方法public native void putOrderedInt(Object var1, long var2, int var4);而与volatile写入相比putOrderedXX写入代价相对较低putOrderedXX写入不保证可见性但是保证有序性，所谓有序性，就是保证指令不会重排序。直接操作内存Unsafe提供了直接操作内存的能力：// 分配内存public native long allocateMemory(long var1);// 重新分配内存public native long reallocateMemory(long var1, long var3);// 内存初始化public native void setMemory(long var1, long var3, byte var5);// 内存复制public native void copyMemory(Object var1, long var2, Object var4, long var5, long var7);// 清除内存public native void freeMemory(long var1);​对应操作内存，也提供了一些获取内存信息的方法：// 获取内存地址public native long getAddress(long var1);​public native int addressSize();​public native int pageSize();注意事项: 使用copyMemory方法可以实现一个通用的对象拷贝方法  无需再对每一个对象都实现clone方法，但只能做到对象浅拷贝

"非常规”对象实例化

通常情况下，我们使用new关键字实例化一个对象，但是Unsafe类中有一个方法allocateInstance，可直接生成对象实例，无需构造方法和其它初始化方法

// 直接生成对象实例，不会调用这个实例的构造方法public native Object allocateInstance(Class var1) throws InstantiationException;

类加载

通过以下方法，可以实现类的定义、创建等操作。// 方法定义一个类，用于动态地创建类public native Class defineClass(String var1, byte[] var2, int var3, int var4, ClassLoader var5, ProtectionDomain var6);//  动态的创建一个匿名内部类public native Class defineAnonymousClass(Class var1, byte[] var2, Object[] var3);// 判断是否需要初始化一个类public native boolean shouldBeInitialized(Class var1);// 保证已经初始化过一个类public native void ensureClassInitialized(Class var1);

偏移量相关

Unsafe提供以下方法获取对象的指针，通过对指针进行偏移，不仅可以直接修改指针指向的数据（即使它们是私有的），甚至可以找到JVM已经认定为垃圾、可以进行回收的对象。// 获取静态属性Field在对象中的偏移量，读写静态属性时必须获取其偏移量public native long staticFieldOffset(Field var1);// 获取非静态属性Field在对象实例中的偏移量，读写对象的非静态属性时会用到这个偏移量public native long objectFieldOffset(Field var1);// 返回Field所在的对象public native Object staticFieldBase(Field var1);// 返回数组中第一个元素实际地址相对整个数组对象的地址的偏移量public native int arrayBaseOffset(Class var1);// 计算数组中第一个元素所占用的内存空间public native int arrayIndexScale(Class var1);

数组操作

数组操作提供了以下方法：// 获取数组第一个元素的偏移地址public native int arrayBaseOffset(Class var1);// 获取数组中元素的增量地址public native int arrayIndexScale(Class var1);

线程调度

线程调度相关方法如下：// 唤醒线程public native void unpark(Object var1);// 挂起线程public native void park(boolean var1, long var2);// 用于加锁，已废弃public native void monitorEnter(Object var1);// 用于加锁，已废弃public native void monitorExit(Object var1);// 用于加锁，已废弃public native boolean tryMonitorEnter(Object var1);使用park方法将线程进行挂起， 线程将一直阻塞到超时或中断条件出现使用unpark方法可以终止一个挂起的线程，使其恢复正常

CAS操作

Unsafe类的CAS操作可能是使用最多的方法它为Java的锁机制提供了一种新的解决办法，如AtomicInteger等类都是通过该方法来实现的compareAndSwap方法是原子的，可以避免繁重的锁机制，提高代码效率public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long var2, Object var4, Object var5);public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);public final native boolean compareAndSwapLong(Object var1, long var2, long var4, long var6);CAS一般用于乐观锁它在Java中有广泛的应用，ConcurrentHashMap，ConcurrentLinkedQueue中都有用到CAS来实现乐观锁。

内存屏障

JDK8新引入了用于定义内存屏障、避免代码重排的方法：// 保证在这个屏障之前的所有读操作都已经完成public native void loadFence();// 保证在这个屏障之前的所有写操作都已经完成public native void storeFence();// 保证在这个屏障之前的所有读写操作都已经完成public native void fullFence();

其他

当然，Unsafe类中还提供了大量其他的方法 如上面提到的CAS操作，以AtomicInteger为例  当我们调用getAndIncrement、getAndDecrement等方法时  本质上调用的就是Unsafe的getAndAddInt方法

public final int getAndIncrement() {    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);}public final int getAndDecrement() {    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, -1);}

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