Java和C++語言的一個重要區(qū)別就是Java中我們無法直接操作一塊內(nèi)存區(qū)域，不能像C++中那樣可以自己申請內(nèi)存和釋放內(nèi)存。Java中的Unsafe類為我們提供了類似C++手動管理內(nèi)存的能力。
Unsafe類，全限定名是sun.misc.Unsafe，從名字中我們可以看出來這個類對普通程序員來說是“危險”的，一般應(yīng)用開發(fā)者不會用到這個類。

Unsafe類是"final"的，不允許繼承。且構(gòu)造函數(shù)是private的:

public final class Unsafe {
    private static final Unsafe theUnsafe;
    public static final int INVALID_FIELD_OFFSET = -1;

    private static native void registerNatives();
    // 構(gòu)造函數(shù)是private的，不允許外部實例化
    private Unsafe() {
    }
    ...
}

因此我們無法在外部對Unsafe進(jìn)行實例化。

獲取Unsafe

Unsafe無法實例化，那么怎么獲取Unsafe呢？答案就是通過反射來獲取Unsafe：

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

主要功能

Unsafe的功能如下圖：

image

普通讀寫

通過Unsafe可以讀寫一個類的屬性，即使這個屬性是私有的，也可以對這個屬性進(jìn)行讀寫。

讀寫一個Object屬性的相關(guān)方法

public native int getInt(Object var1, long var2);

public native void putInt(Object var1, long var2, int var4);

getInt用于從對象的指定偏移地址處讀取一個int。putInt用于在對象指定偏移地址處寫入一個int。其他的primitive type也有對應(yīng)的方法。

Unsafe還可以直接在一個地址上讀寫

public native byte getByte(long var1);

public native void putByte(long var1, byte var3);

getByte用于從指定內(nèi)存地址處開始讀取一個byte。putByte用于從指定內(nèi)存地址寫入一個byte。其他的primitive type也有對應(yīng)的方法。

volatile讀寫

普通的讀寫無法保證可見性和有序性，而volatile讀寫就可以保證可見性和有序性。

public native int getIntVolatile(Object var1, long var2);

public native void putIntVolatile(Object var1, long var2, int var4);

getIntVolatile方法用于在對象指定偏移地址處volatile讀取一個int。putIntVolatile方法用于在對象指定偏移地址處volatile寫入一個int。

volatile讀寫相對普通讀寫是更加昂貴的，因為需要保證可見性和有序性，而與volatile寫入相比putOrderedXX寫入代價相對較低，putOrderedXX寫入不保證可見性，但是保證有序性，所謂有序性，就是保證指令不會重排序。

有序?qū)懭?/h2>

有序?qū)懭胫槐ＷC寫入的有序性，不保證可見性，就是說一個線程的寫入不保證其他線程立馬可見。

public native void putOrderedObject(Object var1, long var2, Object var4);

public native void putOrderedInt(Object var1, long var2, int var4);

public native void putOrderedLong(Object var1, long var2, long var4);

直接內(nèi)存操作

我們都知道Java不可以直接對內(nèi)存進(jìn)行操作，對象內(nèi)存的分配和回收都是由JVM幫助我們實現(xiàn)的。但是Unsafe為我們在Java中提供了直接操作內(nèi)存的能力。

// 分配內(nèi)存
public native long allocateMemory(long var1);
// 重新分配內(nèi)存
public native long reallocateMemory(long var1, long var3);
// 內(nèi)存初始化
public native void setMemory(long var1, long var3, byte var5);
// 內(nèi)存復(fù)制
public native void copyMemory(Object var1, long var2, Object var4, long var5, long var7);
// 清除內(nèi)存
public native void freeMemory(long var1);

CAS相關(guān)

JUC中大量運(yùn)用了CAS操作，可以說CAS操作是JUC的基礎(chǔ)，因此CAS操作是非常重要的。Unsafe中提供了int,long和Object的CAS操作：

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一般用于樂觀鎖，它在Java中有廣泛的應(yīng)用，ConcurrentHashMap，ConcurrentLinkedQueue中都有用到CAS來實現(xiàn)樂觀鎖。

偏移量相關(guān)

public native long staticFieldOffset(Field var1);

public native long objectFieldOffset(Field var1);

public native Object staticFieldBase(Field var1);

public native int arrayBaseOffset(Class<?> var1);

public native int arrayIndexScale(Class<?> var1);

staticFieldOffset方法用于獲取靜態(tài)屬性Field在對象中的偏移量，讀寫靜態(tài)屬性時必須獲取其偏移量。objectFieldOffset方法用于獲取非靜態(tài)屬性Field在對象實例中的偏移量，讀寫對象的非靜態(tài)屬性時會用到這個偏移量。staticFieldBase方法用于返回Field所在的對象。arrayBaseOffset方法用于返回數(shù)組中第一個元素實際地址相對整個數(shù)組對象的地址的偏移量。arrayIndexScale方法用于計算數(shù)組中第一個元素所占用的內(nèi)存空間。

線程調(diào)度

public native void unpark(Object var1);

public native void park(boolean var1, long var2);

public native void monitorEnter(Object var1);

public native void monitorExit(Object var1);

public native boolean tryMonitorEnter(Object var1);

park方法和unpark方法相信看過LockSupport類的都不會陌生，這兩個方法主要用來掛起和喚醒線程。LockSupport中的park和unpark方法正是通過Unsafe來實現(xiàn)的：

// 掛起線程
public static void park(Object blocker) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    setBlocker(t, blocker); // 通過Unsafe的putObject方法設(shè)置阻塞阻塞當(dāng)前線程的blocker
    UNSAFE.park(false, 0L); // 通過Unsafe的park方法來阻塞當(dāng)前線程，注意此方法將當(dāng)前線程阻塞后，當(dāng)前線程就不會繼續(xù)往下走了，直到其他線程unpark此線程
    setBlocker(t, null); // 清除blocker
}

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

monitorEnter方法和monitorExit方法用于加鎖，Java中的synchronized鎖就是通過這兩個指令來實現(xiàn)的。

類加載

public native Class<?> defineClass(String var1, byte[] var2, int var3, int var4, ClassLoader var5, ProtectionDomain var6);

public native Class<?> defineAnonymousClass(Class<?> var1, byte[] var2, Object[] var3);

public native Object allocateInstance(Class<?> var1) throws InstantiationException;

public native boolean shouldBeInitialized(Class<?> var1);

public native void ensureClassInitialized(Class<?> var1);

defineClass方法定義一個類，用于動態(tài)地創(chuàng)建類。
defineAnonymousClass用于動態(tài)的創(chuàng)建一個匿名內(nèi)部類。
allocateInstance方法用于創(chuàng)建一個類的實例，但是不會調(diào)用這個實例的構(gòu)造方法，如果這個類還未被初始化，則初始化這個類。
shouldBeInitialized方法用于判斷是否需要初始化一個類。
ensureClassInitialized方法用于保證已經(jīng)初始化過一個類。

內(nèi)存屏障

public native void loadFence();

public native void storeFence();

public native void fullFence();

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

轉(zhuǎn)載：http://www.itdecent.cn/p/db8dce09232d