“Unsafe”

unsafe

Unsafe在sun.misc 下，顾名思义，这是一个不安全的类，因为Unsafe类所操作的并不属于Java标准，Java的一系列内存操作都是交给jvm的，而Unsafe类却能有像C语言的指针一样直接操作内存的能力，同时也会带来了指针的问题。过度使用Unsafe类的话，会使出错率变得更大，因此官方才命名为Unsafe，并且不建议使用，连注释的没有。而为了安全使用Unsafe，Unsafe类只允许jdk自带的类使用，从下面的代码中可以看出

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public static Unsafe getUnsafe() {
     Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
     if (!VM.isSystemDomainLoader(caller.getClassLoader()))
         throw new SecurityException("Unsafe");
     return theUnsafe;
 }

如果当前Class是非系统加载的(也就是caller.getClassLoader()不为空)，直接抛出SecurityException 。

在java9之后，又出现了一个jdk.internal.misc.Unsafe类，其功能与sun.misc.Unsafe类是一样的，唯一不一样的是在 getSafe() 的时候，jdk.internal.misc.Unsafe是没有做校验的，但是jdk包下的代码，应用开发时是不能直接调用的，而且在java9之后，两个Unsafe类都有充足的注释。

JUC紧密使用了Unsafe的功能。

功能简介 Unsafe类的功能主要分为内存操作、CAS、Class相关、对象操作、数组相关、内存屏障、系统相关、线程调度等功能。

内存操作堆外(native memory)内存操作 //分配内存，并返回内存地址 public native long allocateMemory(long bytes); //扩充内存，address可以是allocateMemory方法返回的地址，bytes是扩充的大小 public native long reallocateMemory(long address, long bytes); //释放内存 public native void freeMemory(long address); //在给定的内存块设置默认值 public native void setMemory(long address, long bytes, byte value); //获取指定地址值的byte类型 public native byte getByte(long address); //设置堆外指定值的byte类型的值 public native void putByte(long address, byte x);

堆内内存操作 //在给定的内存块设置默认值 public native void setMemory(Object o, long offset, long bytes, byte value); //内存拷贝 public native void copyMemory(Object srcBase, long srcOffset, Object destBase, long destOffset, long bytes); //获取指定地址的值，offset为o对象某个field的偏移量，类似有: getInt,getDouble,getLong,getChar等 public native Object getObject(Object o, long offset); //设置值，offset为o对象某个field的偏移量，类似的还有 putInt,putDouble,putLong,putChar等 public native void putObject(Object o, long offset, Object x);

通常，在java创建的对象都是在堆内存中的，堆内存是有JVM所托管，并且都遵循JVM内存管理机制。与之相对的是JAVA管核之外的堆外内存，是依赖Unsafe提供的操作堆外内存的native方法处理。

java带的NIO中的java.nio.DirectByteBuffer中就是用Unsafe的堆外内存函数来操作堆外内存。使用方法

ByteBuffer.allocateDirect(1024); 最终在 DirectByteBuffer** 的构造函数中调用 UNSAFE 来分配并初始化内存。

long base = 0; try { base = UNSAFE.allocateMemory(size); } catch (OutOfMemoryError x) { Bits.unreserveMemory(size, cap); throw x; } UNSAFE.setMemory(base, size, (byte) 0);

使用案例堆外内存

Field theUnsafeField = Unsafe.class.getDeclaredField(“theUnsafe”); theUnsafeField.setAccessible(true); Unsafe unsafe = (Unsafe) theUnsafeField.get(Unsafe.class); long address = unsafe.allocateMemory(1024); unsafe.setMemory(address, 1024, (byte) 0); unsafe.putInt(address, 1); System.out.println(unsafe.getInt(address)); unsafe.freeMemory(address); 堆内内存

public class Demo { private static String name = “jfound”; private int age = 10; } //———– Field theUnsafeField = Unsafe.class.getDeclaredField(“theUnsafe”); theUnsafeField.setAccessible(true); Unsafe unsafe = (Unsafe) theUnsafeField.get(Unsafe.class);

Demo demo = new Demo(); Field ageField = Demo.class.getDeclaredField(“age”); ageField.setAccessible(true); long ageFieldAddress = unsafe.objectFieldOffset(ageField); System.out.println(unsafe.getInt(demo, ageFieldAddress)); Field nameField = Demo.class.getDeclaredField(“name”); nameField.setAccessible(true);

unsafe.ensureClassInitialized(Demo.class); //初始化，否则name为null long nameAddress = unsafe.staticFieldOffset(nameField); System.out.println(unsafe.getObject(Demo.class, nameAddress)); //输出jfound

CAS CAS，较并替换，CAS操作包含三个操作数——内存位置、预期原值及新值。执行CAS操作的时候，将内存位置的值与预期原值比较，如果相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值，否则，处理器不做任何操作。

此操作是CPU指令cmpxchg，是属于指令级别的，具有原子性，典型的 atomic下的类，AQS系列的锁都是借用Unsafe下的CAS的api来实现的。

Class相关 api //获取给定静态字段的内存地址偏移量，这个值对于给定的字段是唯一且固定不变的 public native long staticFieldOffset(Field f); //获取一个静态类中给定字段的对象指针 public native Object staticFieldBase(Field f); //判断是否需要初始化一个类，通常在获取一个类的静态属性的时候 (因为一个类如果没初始化，它的静态属性也不会初始化) 使用。当且仅当ensureClassInitialized方法不生效时返回false。 public native boolean shouldBeInitialized(Class<?> c); //检测给定的类是否已经初始化。通常在获取一个类的静态属性的时候 (因为一个类如果没初始化，它的静态属性也不会初始化) 使用。 public native void ensureClassInitialized(Class<?> c); //定义一个类，此方法会跳过JVM的所有安全检查，默认情况下，ClassLoader (类加载器) 和ProtectionDomain (保护域) 实例来源于调用者 public native Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len, ClassLoader loader, ProtectionDomain protectionDomain); //定义一个匿名类 public native Class hostClass, byte[] data, Object[] cpPatches);

对象操作 api //返回对象成员属性在内存地址相对于此对象的内存地址的偏移量 public native long objectFieldOffset(Field f); //获得给定对象的指定地址偏移量的值，与此类似操作还有: getInt，getDouble，getLong，getChar等 public native Object getObject(Object o, long offset); //给定对象的指定地址偏移量设值，与此类似操作还有: putInt，putDouble，putLong，putChar等 public native void putObject(Object o, long offset, Object x); //从对象的指定偏移量处获取变量的引用，使用volatile的加载语义 public native Object getObjectVolatile(Object o, long offset); //存储变量的引用到对象的指定的偏移量处，使用volatile的存储语义 public native void putObjectVolatile(Object o, long offset, Object x); //有序、延迟版本的putObjectVolatile方法，不保证值的改变被其他线程立即看到。只有在field被volatile修饰符修饰时有效 public native void putOrderedObject(Object o, long offset, Object x); //绕过构造方法、初始化代码来创建对象,这个厉害吧 public native Object allocateInstance(Class<?> cls) throws InstantiationException;

数组相关 api //返回数组中第一个元素的偏移地址 public native int arrayBaseOffset(Class<?> arrayClass); //返回数组中一个元素占用的大小 public native int arrayIndexScale(Class<?> arrayClass);

内存屏障 api //内存屏障，禁止load操作重排序。屏障前的load操作不能被重排序到屏障后，屏障后的load操作不能被重排序到屏障前 public native void loadFence(); //内存屏障，禁止store操作重排序。屏障前的store操作不能被重排序到屏障后，屏障后的store操作不能被重排序到屏障前 public native void storeFence(); //内存屏障，禁止load、store操作重排序 public native void fullFence();

系统相关 //返回系统指针的大小。返回值为4 (32位系统) 或 8 (64位系统) 。 public native int addressSize();
//内存页的大小，此值为2的幂次方。 public native int pageSize();

线程调度这部分包括了线程的挂起、回复、锁等方法，

api //阻塞线程 public native void park(boolean isAbsolute, long time); //取消阻塞线程 public native void unpark(Object thread);

park

阻塞当前线程直到一个unpark方法出现(被调用)、一个用于unpark方法已经出现过(在此park方法调用之前已经调用过)、线程被中断或者time时间到期(也就是阻塞超时)。在time非零的情况下，如果isAbsolute为true，time是相对于新纪元之后的毫秒，否则time表示纳秒

unpark

释放被park创建的在一个线程上的阻塞。这个方法也可以被使用来终止一个先前调用park导致的阻塞。这个操作是不安全的，因此必须保证线程是存活的(thread has not been destroyed)。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/144740005

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