Java sun.misc.unsafe类的使用

Posted 2020-09-11 March On

　　Java是一个安全的开发工具，它阻止开发人员犯很多低级的错误，而大部份的错误都是基于内存管理方面的。如果你想搞破坏，可以使用Unsafe这个类。这个类是属于sun.*API中的类，并且它不是J2SE中真正的一部份，因此你可能找不到任何的官方文档，更可悲的是，它也没有比较好的代码文档。

1、实例化sun.misc.Unsafe

如果你尝试创建Unsafe类的实例，基于以下两种原因是不被允许的。

1）、Unsafe类的构造函数是私有的；

2）、虽然它有静态的getUnsafe()方法，但是如果你尝试调用Unsafe.getUnsafe()，会得到一个SecutiryException。这个类只有被JDK信任的类实例化。但是这总会是有变通的解决办法的，一个简单的方式就是使用反射进行实例化：

1     Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); //Internal reference  
2     f.setAccessible(true);  
3     Unsafe unsafe = (Unsafe) f.get(null);  

注：IDE如Eclipse对会这样的使用报错，不过不用担心，直接运行代码就行，可以正常运行的。

（译者注：还有一种解决方案，就是将Eclipse中这种限制由错误，修改为警告，具体操作为将Windows->Preference...->Java->Compiler->Errors/Warnings中的"DeprecatedandrestrictedAPI"，级别由Error修改为Warning就可以了）

现在进入主题，使用这个对象我们可以做如下“有趣的”事情。

2、使用sun.misc.Unsafe

2.1、突破限制创建实例

通过allocateInstance()方法，你可以创建一个类的实例，但是却不需要调用它的构造函数、初使化代码、各种JVM安全检查以及其它的一些底层的东西。即使构造函数是私有，我们也可以通过这个方法创建它的实例。

 1     public class UnsafeDemo {  
 2         public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, SecurityException, IllegalArgumentException, IllegalAccessException, InstantiationException {  
 3             Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); // Internal reference  
 4             f.setAccessible(true);  
 5             Unsafe unsafe = (Unsafe) f.get(null);  
 6       
 7             // This creates an instance of player class without any initialization  
 8             Player p = (Player) unsafe.allocateInstance(Player.class);  
 9             System.out.println(p.getAge()); // Print 0  
10       
11             p.setAge(45); // Let‘s now set age 45 to un-initialized object  
12             System.out.println(p.getAge()); // Print 45  
13         }  
14     }  
15       
16     class Player {  
17         private int age = 12;  
18       
19         private Player() {  
20             this.age = 50;  
21         }  
22       
23         public int getAge() {  
24             return this.age;  
25         }  
26       
27         public void setAge(int age) {  
28             this.age = age;  
29         }  
30     }  

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2.2、直接申请、操作物理内存（Java中Bits.byteOrder()就用了此法）

 1         Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); // Internal reference
 2         f.setAccessible(true);
 3         Unsafe unsafe = (Unsafe) f.get(null);
 4         long a = unsafe.allocateMemory(8);
 5         System.out.printf("0x%2X 0x%2X\n", a, (a + 1));
 6         try {    
 7             unsafe.putLong(a, 0x0102030405060708L);
 8             byte b = unsafe.getByte(a);
 9             System.out.println(b);
10 
11         } finally {
12             unsafe.freeMemory(a);
13         }

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2.3、常量Integer.MAX_VALUE是JAVA中数组长度的最大值，如果想创建一个非常大的数组（虽然在通常的应用中不可能会用上，且可能会导致JVM挂掉），可以通过对内存进行直接分配实现。

 1 // 虽然可分批的元素个数（Long.MAX_VALUE）比Java本身的（Integer.MAX_VALUE）大，但可能会导致JVM挂掉。
 2 class SuperArray {
 3     Unsafe unsafe;
 4     private long address;// 字节数组起始地址
 5     private byte byteLenOfElementType;// 一个元素所占字节数
 6     private long size;// 元素个数
 7 
 8     /**
 9      * 初始化一个大数组
10      * 
11      * @param elemet_num
12      *            元素的个数
13      * @param bytes_of_element_type
14      *            每个元素占用的字节数
15      */
16     public SuperArray(Unsafe unsafe, long elemet_num, byte bytes_of_element_type) {
17         this.unsafe = unsafe;
18         this.byteLenOfElementType = bytes_of_element_type;
19         this.size = elemet_num;
20 
21         // 得到分配内存的起始地址
22         this.address = unsafe.allocateMemory(size * byteLenOfElementType);
23     }
24 
25     /**
26      * 给数组某个元素赋值
27      * 
28      * @param index
29      *            元素下标
30      * @param value
31      *            元素值
32      */
33     public void set(long index, byte[] value) {
34         long startAddr = address + index * byteLenOfElementType;
35         for (byte i = 0; i < byteLenOfElementType; i++) {
36             unsafe.putByte(startAddr + i, value[i]);
37         }
38     }
39 
40     public byte[] get(long idx) {
41         byte[] res = new byte[byteLenOfElementType];
42         long startAddr = address + idx * byteLenOfElementType;
43         for (byte i = 0; i < byteLenOfElementType; i++) {
44             res[i] = unsafe.getByte(startAddr + i);
45         }
46         return res;
47     }
48 
49     public long size() {
50         return size;
51     }
52 }

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3、参考资料

1、Java Magic. Part 4: sun.misc.Unsafe

2、http://blog.csdn.net/fenglibing/article/details/17138079