建站
咨詢
售后
建站咨詢
新聞中心
前言
Unsafe類(lèi)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。但Unsafe類(lèi)在sun.misc包下，不屬于Java標(biāo)準(zhǔn)。
成都創(chuàng)新互聯(lián)公司專(zhuān)注于寧強(qiáng)企業(yè)網(wǎng)站建設(shè),成都響應(yīng)式網(wǎng)站建設(shè)公司,商城網(wǎng)站開(kāi)發(fā)。寧強(qiáng)網(wǎng)站建設(shè)公司,為寧強(qiáng)等地區(qū)提供建站服務(wù)。全流程按需定制，專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)，全程項(xiàng)目跟蹤，成都創(chuàng)新互聯(lián)公司專(zhuān)業(yè)和態(tài)度為您提供的服務(wù)
很早之前，在閱讀并發(fā)編程相關(guān)類(lèi)的源碼時(shí)，看到Unsafe類(lèi)，產(chǎn)生了一個(gè)疑惑：既然是并發(fā)編程中用到的類(lèi)，為什么命名為Unsafe呢?
深入了解之后才知道，這里的Unsafe并不是說(shuō)線程安全與否，而是指：該類(lèi)對(duì)于普通的程序員來(lái)說(shuō)是”危險(xiǎn)“的，一般應(yīng)用開(kāi)發(fā)者不會(huì)也不應(yīng)該用到此類(lèi)。
因?yàn)閁nsafe類(lèi)功能過(guò)于強(qiáng)大，提供了一些可以繞開(kāi)JVM的更底層功能。它讓Java擁有了像C語(yǔ)言的指針一樣操作內(nèi)存空間的能力，能夠提升效率，但也帶來(lái)了指針的問(wèn)題。官方并不建議使用，也沒(méi)提供文檔支持，甚至計(jì)劃在高版本中去掉該類(lèi)。
但對(duì)于開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，了解該類(lèi)提供的功能更有助于我們學(xué)習(xí)CAS、并發(fā)編程等相關(guān)的知識(shí)，還是非常有必要學(xué)習(xí)和了解的。
Unsafe的構(gòu)造
Unsafe類(lèi)是"final"的，不允許繼承，且構(gòu)造函數(shù)是private，使用了單例模式來(lái)通過(guò)一個(gè)靜態(tài)方法getUnsafe()來(lái)獲取。
private Unsafe() {
}
@CallerSensitive
public static Unsafe getUnsafe() {
Class var0 = Reflection.getCallerClass();
if (!VM.isSystemDomainLoader(var0.getClassLoader())) {
throw new SecurityException("Unsafe");
} else {
return theUnsafe;
}
}
在getUnsafe方法中對(duì)單例模式中的對(duì)象創(chuàng)建做了限制，如果是普通的調(diào)用會(huì)拋出一個(gè)SecurityException異常。只有由主類(lèi)加載器加載的類(lèi)才能調(diào)用這個(gè)方法。
那么，如何獲得Unsafe類(lèi)的對(duì)象呢?通常采用反射機(jī)制：
public static Unsafe getUnsafe() throws IllegalAccessException {
Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
unsafeField.setAccessible(true);
return (Unsafe) unsafeField.get(null);
}
當(dāng)獲得Unsafe對(duì)象之后，就可以”為所欲為“了。下面就來(lái)看看，通過(guò)Unsafe方法，我們可以做些什么。
Unsafe的主要功能可先從根據(jù)下圖從整體上了解一下Unsafe提供的功能：
Unsafe功能概述
下面挑選重要的功能進(jìn)行講解。
一、內(nèi)存管理
Unsafe的內(nèi)存管理功能主要包括：普通讀寫(xiě)、volatile讀寫(xiě)、有序?qū)懭?、直接操作?nèi)存等分配內(nèi)存與釋放內(nèi)存的功能。
普通讀寫(xiě)
Unsafe可以讀寫(xiě)一個(gè)類(lèi)的屬性，即便這個(gè)屬性是私有的，也可以對(duì)這個(gè)屬性進(jìn)行讀寫(xiě)。
// 獲取內(nèi)存地址指向的整數(shù)
public native int getInt(Object var1, long var2);
// 將整數(shù)寫(xiě)入指定內(nèi)存地址
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(xiě)入一個(gè)int。其他原始類(lèi)型也提供有對(duì)應(yīng)的方法。
另外，Unsafe的getByte、putByte方法提供了直接在一個(gè)地址上進(jìn)行讀寫(xiě)的功能。
volatile讀寫(xiě)
普通的讀寫(xiě)無(wú)法保證可見(jiàn)性和有序性，而volatile讀寫(xiě)就可以保證可見(jiàn)性和有序性。
// 獲取內(nèi)存地址指向的整數(shù)，并支持volatile語(yǔ)義
public native int getIntVolatile(Object var1, long var2);
// 將整數(shù)寫(xiě)入指定內(nèi)存地址，并支持volatile語(yǔ)義
public native void putIntVolatile(Object var1, long var2, int var4);
volatile讀寫(xiě)要保證可見(jiàn)性和有序性，相對(duì)普通讀寫(xiě)更加昂貴。
有序?qū)懭?/h4>
有序?qū)懭胫槐ＷC寫(xiě)入的有序性，不保證可見(jiàn)性，就是說(shuō)一個(gè)線程的寫(xiě)入不保證其他線程立馬可見(jiàn)。
// 將整數(shù)寫(xiě)入指定內(nèi)存地址、有序或者有延遲的方法
public native void putOrderedInt(Object var1, long var2, int var4);
而與volatile寫(xiě)入相比putOrderedXX寫(xiě)入代價(jià)相對(duì)較低，putOrderedXX寫(xiě)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。
直接操作內(nèi)存
Unsafe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);
對(duì)應(yīng)操作內(nèi)存，也提供了一些獲取內(nèi)存信息的方法：
// 獲取內(nèi)存地址
public native long getAddress(long var1);
public native int addressSize();
public native int pageSize();
值得注意的是：利用copyMemory方法可以實(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，但只能做到對(duì)象淺拷貝。
二、非常規(guī)對(duì)象實(shí)例化
通常，我們通過(guò)new或反射來(lái)實(shí)例化對(duì)象，而Unsafe類(lèi)提供的allocateInstance方法，可以直接生成對(duì)象實(shí)例，且無(wú)需調(diào)用構(gòu)造方法和其他初始化方法。
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，而不需要調(diào)用構(gòu)造方法。
// 直接生成對(duì)象實(shí)例，不會(huì)調(diào)用這個(gè)實(shí)例的構(gòu)造方法
public native Object allocateInstance(Class var1) throws InstantiationException;
三、類(lèi)加載
通過(guò)以下方法，可以實(shí)現(xiàn)類(lèi)的定義、創(chuàng)建等操作。
// 方法定義一個(gè)類(lèi)，用于動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建類(lèi)
public native Class defineClass(String var1, byte[] var2, int var3, int var4, ClassLoader var5, ProtectionDomain var6);
// 動(dòng)態(tài)的創(chuàng)建一個(gè)匿名內(nèi)部類(lèi)
public native Class defineAnonymousClass(Class var1, byte[] var2, Object[] var3);
// 判斷是否需要初始化一個(gè)類(lèi)
public native boolean shouldBeInitialized(Class var1);
// 保證已經(jīng)初始化過(guò)一個(gè)類(lèi)
public native void ensureClassInitialized(Class var1);
四、偏移量相關(guān)
Unsafe提供以下方法獲取對(duì)象的指針，通過(guò)對(duì)指針進(jìn)行偏移，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)，甚至可以找到JVM已經(jīng)認(rèn)定為垃圾、可以進(jìn)行回收的對(duì)象。
// 獲取靜態(tài)屬性Field在對(duì)象中的偏移量，讀寫(xiě)靜態(tài)屬性時(shí)必須獲取其偏移量
public native long staticFieldOffset(Field var1);
// 獲取非靜態(tài)屬性Field在對(duì)象實(shí)例中的偏移量，讀寫(xiě)對(duì)象的非靜態(tài)屬性時(shí)會(huì)用到這個(gè)偏移量
public native long objectFieldOffset(Field var1);
// 返回Field所在的對(duì)象
public native Object staticFieldBase(Field var1);
// 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
public native int arrayBaseOffset(Class var1);
// 計(jì)算數(shù)組中第一個(gè)元素所占用的內(nèi)存空間
public native int arrayIndexScale(Class var1);
五、數(shù)組操作
數(shù)組操作提供了以下方法：
// 獲取數(shù)組第一個(gè)元素的偏移地址
public native int arrayBaseOffset(Class var1);
// 獲取數(shù)組中元素的增量地址
public native int arrayIndexScale(Class var1);
arrayBaseOffset與arrayIndexScale配合起來(lái)使用，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，使用Unsafe類(lèi)的內(nèi)存分配方法可以實(shí)現(xiàn)超大數(shù)組。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。
六、線程調(diào)度
線程調(diào)度相關(guān)方法如下：
// 喚醒線程
public native void unpark(Object var1);
// 掛起線程
public native void park(boolean var1, long var2);
// 用于加鎖，已廢棄
public native void monitorEnter(Object var1);
// 用于加鎖，已廢棄
public native void monitorExit(Object var1);
// 用于加鎖，已廢棄
public native boolean tryMonitorEnter(Object var1);
通過(guò)park方法將線程進(jìn)行掛起， 線程將一直阻塞到超時(shí)或中斷條件出現(xiàn)。unpark方法可以終止一個(gè)掛起的線程，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(lèi)中，LockSupport類(lèi)中有各種版本pack方法，但最終都調(diào)用了Unsafe.park()方法。
七、CAS操作
Unsafe類(lèi)的CAS操作可能是使用最多的方法。它為Java的鎖機(jī)制提供了一種新的解決辦法，比如AtomicInteger等類(lèi)都是通過(guò)該方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。compareAndSwap方法是原子的，可以避免繁重的鎖機(jī)制，提高代碼效率。
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。
八、內(nèi)存屏障
JDK8新引入了用于定義內(nèi)存屏障、避免代碼重排的方法：
// 保證在這個(gè)屏障之前的所有讀操作都已經(jīng)完成
public native void loadFence();
// 保證在這個(gè)屏障之前的所有寫(xiě)操作都已經(jīng)完成
public native void storeFence();
// 保證在這個(gè)屏障之前的所有讀寫(xiě)操作都已經(jīng)完成
public native void fullFence();
九、其他
當(dāng)然，Unsafe類(lèi)中還提供了大量其他的方法，比如上面提到的CAS操作，以AtomicInteger為例，當(dāng)我們調(diào)用getAndIncrement、getAndDecrement等方法時(shí)，本質(zhì)上調(diào)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);
}
在實(shí)踐的過(guò)程中，如果閱讀其他框架或類(lèi)庫(kù)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)用到Unsafe類(lèi)，可對(duì)照該類(lèi)的整體功能，結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行分析，即可大概了解其功能。
小結(jié)
經(jīng)過(guò)本文的分析，想必大家在閱讀源碼時(shí)，再遇到Unsafe類(lèi)的調(diào)用，一定大概猜出它是用來(lái)干什么的。使用Unsafe類(lèi)的主要目的大多數(shù)情況下是為了提升運(yùn)行效率、增強(qiáng)功能。但同時(shí)也面臨著出錯(cuò)、內(nèi)存管理等風(fēng)險(xiǎn)。只有深入了解，且有必要的情況下才建議使用。
文章標(biāo)題：各大框架都在使用的Unsafe類(lèi)，到底有多神奇？
文章網(wǎng)址：http://www.5511xx.com/article/dpcheos.html
