Java和C++語(yǔ)言的一個(gè)重要區(qū)別就是Java中我們無(wú)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(qǐng)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(dòng)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(lái)這個(gè)類對(duì)普通程序員來(lái)說(shuō)是“危險(xiǎn)”的，一般應(yīng)用開(kāi)發(fā)者不會(huì)用到這個(gè)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(shí)例化
    private Unsafe() {
    }
    ...
}

因此我們無(wú)法在外部對(duì)Unsafe進(jìn)行實(shí)例化。

獲取Unsafe

Unsafe無(wú)法實(shí)例化，那么怎么獲取Unsafe呢？答案就是通過(guò)反射來(lái)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：

Unsafe-xmind

普通讀寫

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

讀寫一個(gè)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(duì)象的指定偏移地址處讀取一個(gè)int。putInt用于在對(duì)象指定偏移地址處寫入一個(gè)int。其他的primitive type也有對(duì)應(yīng)的方法。

Unsafe還可以直接在一個(gè)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(kāi)始讀取一個(gè)byte。putByte用于從指定內(nèi)存地址寫入一個(gè)byte。其他的primitive type也有對(duì)應(yīng)的方法。

volatile讀寫

普通的讀寫無(wú)法保證可見(jiàn)性和有序性，而volatile讀寫就可以保證可見(jiàn)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(duì)象指定偏移地址處volatile讀取一個(gè)int。putIntVolatile方法用于在對(duì)象指定偏移地址處volatile寫入一個(gè)int。

volatile讀寫相對(duì)普通讀寫是更加昂貴的，因?yàn)樾枰ＷC可見(jiàn)性和有序性，而與volatile寫入相比putOrderedXX寫入代價(jià)相對(duì)較低，putOrderedXX寫入不保證可見(jiàn)性，但是保證有序性，所謂有序性，就是保證指令不會(huì)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(jiàn)性，就是說(shuō)一個(gè)線程的寫入不保證其他線程立馬可見(jiàn)。

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(duì)內(nèi)存進(jìn)行操作，對(duì)象內(nèi)存的分配和回收都是由JVM幫助我們實(shí)現(xiàn)的。但是Unsafe為我們?cè)贘ava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(shuō)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(lè)觀鎖，它在Java中有廣泛的應(yīng)用，ConcurrentHashMap，ConcurrentLinkedQueue中都有用到CAS來(lái)實(shí)現(xiàn)樂(lè)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(duì)象中的偏移量，讀寫靜態(tài)屬性時(shí)必須獲取其偏移量。objectFieldOffset方法用于獲取非靜態(tài)屬性Field在對(duì)象實(shí)例中的偏移量，讀寫對(duì)象的非靜態(tài)屬性時(shí)會(huì)用到這個(gè)偏移量。staticFieldBase方法用于返回Field所在的對(duì)象。arrayBaseOffset方法用于返回?cái)?shù)組中第一個(gè)元素實(shí)際地址相對(duì)整個(gè)數(shù)組對(duì)象的地址的偏移量。arrayIndexScale方法用于計(jì)算數(shù)組中第一個(gè)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(guò)LockSupport類的都不會(huì)陌生，這兩個(gè)方法主要用來(lái)掛起和喚醒線程。LockSupport中的park和unpark方法正是通過(guò)Unsafe來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

// 掛起線程
public static void park(Object blocker) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    setBlocker(t, blocker); // 通過(guò)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(guò)Unsafe的park方法來(lái)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(huì)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(guò)這兩個(gè)指令來(lái)實(shí)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(gè)類，用于動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建類。
defineAnonymousClass用于動(dòng)態(tài)的創(chuàng)建一個(gè)匿名內(nèi)部類。
allocateInstance方法用于創(chuàng)建一個(gè)類的實(shí)例，但是不會(huì)調(diào)用這個(gè)實(shí)例的構(gòu)造方法，如果這個(gè)類還未被初始化，則初始化這個(gè)類。
shouldBeInitialized方法用于判斷是否需要初始化一個(gè)類。
ensureClassInitialized方法用于保證已經(jīng)初始化過(guò)一個(gè)類。

內(nèi)存屏障

public native void loadFence();

public native void storeFence();

public native void fullFence();

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