unsafe類(lèi)是啥？

java最初被設(shè)計(jì)為一種安全的受控環(huán)境。盡管如此，java hotspot還是包含了一個(gè)“后門(mén)”，提供了一些可以直接操控內(nèi)存和線(xiàn)程的低層次操作。這個(gè)后門(mén)類(lèi)——sun.misc.unsafe——被jdk廣泛用于自己的包中，如java.nio和java.util.concurrent。但是絲毫不建議在生產(chǎn)環(huán)境中使用這個(gè)后門(mén)。因?yàn)檫@個(gè)api十分不安全、不輕便、而且不穩(wěn)定。這個(gè)不安全的類(lèi)提供了一個(gè)觀察hotspot jvm內(nèi)部結(jié)構(gòu)并且可以對(duì)其進(jìn)行修改。有時(shí)它可以被用來(lái)在不適用c++調(diào)試的情況下學(xué)習(xí)虛擬機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有時(shí)也可以被拿來(lái)做性能監(jiān)控和開(kāi)發(fā)工具。

引言

最近在看java并發(fā)包的源碼，發(fā)現(xiàn)了神奇的unsafe類(lèi)，仔細(xì)研究了一下，在這里跟大家分享一下。

unsafe類(lèi)是在sun.misc包下，不屬于java標(biāo)準(zhǔn)。但是很多java的基礎(chǔ)類(lèi)庫(kù)，包括一些被廣泛使用的高性能開(kāi)發(fā)庫(kù)都是基于unsafe類(lèi)開(kāi)發(fā)的，比如netty、cassandra、hadoop、kafka等。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。

unsafe類(lèi)使java擁有了像c語(yǔ)言的指針一樣操作內(nèi)存空間的能力，同時(shí)也帶來(lái)了指針的問(wèn)題。過(guò)度的使用unsafe類(lèi)會(huì)使得出錯(cuò)的幾率變大，因此java官方并不建議使用的，官方文檔也幾乎沒(méi)有。oracle正在計(jì)劃從java 9中去掉unsafe類(lèi)，如果真是如此影響就太大了。

通常我們最好也不要使用unsafe類(lèi)，除非有明確的目的，并且也要對(duì)它有深入的了解才行。要想使用unsafe類(lèi)需要用一些比較tricky的辦法。unsafe類(lèi)使用了單例模式，需要通過(guò)一個(gè)靜態(tài)方法getunsafe()來(lái)獲取。但unsafe類(lèi)做了限制，如果是普通的調(diào)用的話(huà)，它會(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。其源碼如下：

網(wǎng)上也有一些辦法來(lái)用主類(lèi)加載器加載用戶(hù)代碼，比如設(shè)置bootclasspath參數(shù)。但更簡(jiǎn)單方法是利用java反射，方法如下：

獲取到unsafe實(shí)例之后，我們就可以為所欲為了。unsafe類(lèi)提供了以下這些功能：

一、內(nèi)存管理。包括分配內(nèi)存、釋放內(nèi)存等。

該部分包括了allocatememory（分配內(nèi)存）、reallocatememory（重新分配內(nèi)存）、copymemory（拷貝內(nèi)存）、freememory（釋放內(nèi)存 ）、getaddress（獲取內(nèi)存地址）、addresssize、pagesize、getint（獲取內(nèi)存地址指向的整數(shù)）、getintvolatile（獲取內(nèi)存地址指向的整數(shù)，并支持volatile語(yǔ)義）、putint（將整數(shù)寫(xiě)入指定內(nèi)存地址）、putintvolatile（將整數(shù)寫(xiě)入指定內(nèi)存地址，并支持volatile語(yǔ)義）、putorderedint（將整數(shù)寫(xiě)入指定內(nèi)存地址、有序或者有延遲的方法）等方法。getxxx和putxxx包含了各種基本類(lèi)型的操作。

利用copymemory方法，我們可以實(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，當(dāng)然這通用的方法只能做到對(duì)象淺拷貝。

二、非常規(guī)的對(duì)象實(shí)例化。

allocateinstance()方法提供了另一種創(chuàng)建實(shí)例的途徑。通常我們可以用new或者反射來(lái)實(shí)例化對(duì)象，使用allocateinstance()方法可以直接生成對(duì)象實(shí)例，且無(wú)需調(diào)用構(gòu)造方法和其它初始化方法。

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。

三、操作類(lèi)、對(duì)象、變量。

這部分包括了staticfieldoffset（靜態(tài)域偏移）、defineclass（定義類(lèi)）、defineanonymousclass（定義匿名類(lèi)）、ensureclassinitialized（確保類(lèi)初始化）、objectfieldoffset（對(duì)象域偏移）等方法。

通過(guò)這些方法我們可以獲取對(duì)象的指針，通過(guò)對(duì)指針進(jìn)行偏移，我們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j(luò)vm已經(jīng)認(rèn)定為垃圾、可以進(jìn)行回收的對(duì)象。

四、數(shù)組操作。

這部分包括了arraybaseoffset（獲取數(shù)組第一個(gè)元素的偏移地址）、arrayindexscale（獲取數(shù)組中元素的增量地址）等方法。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。

五、多線(xiàn)程同步。包括鎖機(jī)制、cas操作等。

這部分包括了monitorenter、trymonitorenter、monitorexit、compareandswapint、compareandswap等方法。

其中monitorenter、trymonitorenter、monitorexit已經(jīng)被標(biāo)記為deprecated，不建議使用。

unsafe類(lèi)的cas操作可能是用的最多的，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。這是一種樂(lè)觀鎖，通常認(rèn)為在大部分情況下不出現(xiàn)競(jìng)態(tài)條件，如果操作失敗，會(huì)不斷重試直到成功。

六、掛起與恢復(fù)。

這部分包括了park、unpark等方法。

將一個(gè)線(xiàn)程進(jìn)行掛起是通過(guò)park方法實(shí)現(xiàn)的，調(diào)用 park后，線(xiàn)程將一直阻塞直到超時(shí)或者中斷等條件出現(xiàn)。unpark可以終止一個(gè)掛起的線(xiàn)程，使其恢復(fù)正常。整個(gè)并發(fā)框架中對(duì)線(xiàn)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、內(nèi)存屏障。

這部分包括了loadfence、storefence、fullfence等方法。這是在java 8新引入的，用于定義內(nèi)存屏障，避免代碼重排序。

loadfence() 表示該方法之前的所有l(wèi)oad操作在內(nèi)存屏障之前完成。同理storefence()表示該方法之前的所有store操作在內(nèi)存屏障之前完成。fullfence()表示該方法之前的所有l(wèi)oad、store操作在內(nèi)存屏障之前完成。

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部?jī)?nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，如果有疑問(wèn)大家可以留言交流，謝謝大家對(duì)服務(wù)器之家的支持。

原文鏈接：http://www.cnblogs.com/pkufork/p/java_unsafe.html