java编程之：Unsafe类

Posted 2020-08-04 无信不立

Unsafe类在jdk 源码的多个类中用到，这个类的提供了一些绕开JVM的更底层功能，基于它的实现可以提高效率。但是，它是一把双刃剑：正如它的名字所预示的那样，它是 Unsafe的，它所分配的内存需要手动free（不被GC回收）。Unsafe类，提供了JNI某些功能的简单替代：确保高效性的同时，使事情变得更简 单。

这篇文章主要是以下文章的整理、翻译。

http://mishadoff.com/blog/java-magic-part-4-sun-dot-misc-dot-unsafe/

1. Unsafe API的大部分方法都是native实现，它由105个方法组成，主要包括以下几类：

（1）Info相关。主要返回某些低级别的内存信息：addressSize(), pageSize()

（2）Objects相关。主要提供Object和它的域操纵方法：allocateInstance(),objectFieldOffset()

（3）Class相关。主要提供Class和它的静态域操纵方法：staticFieldOffset(),defineClass(),defineAnonymousClass(),ensureClassInitialized()

（4）Arrays相关。数组操纵方法：arrayBaseOffset(),arrayIndexScale()

（5）Synchronization相关。主要提供低级别同步原语（如基于CPU的CAS（Compare-And-Swap）原 语）：monitorEnter(),tryMonitorEnter(),monitorExit(),compareAndSwapInt(),putOrderedInt()

（6）Memory相关。直接内存访问方法（绕过JVM堆直接操纵本地内存）：allocateMemory(),copyMemory(),freeMemory(),getAddress(),getInt(),putInt()

 1 package com.yeepay.sxf.hashmaptest;
 2 
 3 import java.lang.reflect.Field;
 4 
 5 import sun.misc.Unsafe;
 6 
 7 public class TestUnSafe {
 8 
 9     public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, SecurityException, IllegalArgumentException, IllegalAccessException, InstantiationException {
10         //获取属性
11         Field f=Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
12         //
13         f.setAccessible(true);
14         //获取实例
15         Unsafe unsafe=(Unsafe) f.get(null);
16         
17         //实例化一个类
18         Player player=(Player) unsafe.allocateInstance(Player.class);
19         //打印年龄   打印结果：0
20         System.out.println("TestUnSafe.enclosing_method()"+player.getAge());
21         
22         player.setAge(100);
23         
24         //打印结果100
25         System.out.println("TestUnSafe.main()"+player.getAge());
26         
27     }
28     
29 }
30 
31 /**
32  * 普通类
33  * @author sxf
34  *
35  */
36 class Player{
37     //年龄
38     private int age=12;
39     
40     //构造函数私有化
41     private Player(){
42         this.age=50;
43     }
44 
45     public int getAge() {
46         return age;
47     }
48 
49     public void setAge(int age) {
50         this.age = age;
51     }
52 }

View Code

【一】
public native long objectFieldOffset(Field field);
==> 返回指定静态field的内存地址偏移量,在这个类的其他方法中这个值只是被用作一个访问
==>特定field的一个方式。这个值对于 给定的field是唯一的，并且后续对该方法的调用都应该返回相同的值

【二】
public native boolean compareAndSwapInt(Object obj, long offset, int expect, int update);
==>在obj的offset位置比较long field和期望的值，如果相同则更新。这个方法的操作应该是原子的，因此提供了一种不可中断的方式更新long field。成功返回true,不成功返回false
==>obj:包含要修改field的对象
==>offset:obj对象中long型field的偏移量
==>expect:希望field中存在的值
==>update:如果期望值expect与field的当前值相同，设置filed的值为这个新值

【三】
public native boolean compareAndSwapObject(Object obj, long offset, Object expect, Object update);
==>在obj的offset位置比较object field和期望的值，如果相同则更新。这个方法的操作应该是原子的，因此提供了一种不可中断的方式更新object field.成功返回true,不成功返回false
==>obj:包含要修改field的对象
==>offset:obj中object型field的偏移量
==>expect:希望field中存在的值
==>update:如果期望值expect与field的当前值相同，设置filed的值为这个新值

【四】
public native void putOrderedInt(Object obj, long offset, int value);
==>设置obj对象中offset偏移地址对应的整型field的值为指定值。这是一个有序或者有延迟的putIntVolatile方法，并且不保证值的改变被其他线程立即看到。只有在field被<code>volatile</code>修饰并且期望被意外修改的时候使用才有用。
==>obj:  包含要修改field的对象
==>offset:    <code>obj</code>中整型field的偏移量
==>value:   field将被设置的新值

【五】
 public native void putOrderedLong(Object obj, long offset, long value);
==>设置obj对象中offset偏移地址对应的long型field的值为指定值。这是一个有序或者有延迟的<code>putLongVolatile</cdoe>方法，并且不保证值的改变被其他线程立即看到。只有在field被<code>volatile</code>修饰并且期望被意外修改的时候使用才有用。
==>obj:包含需要修改field的对象
==>offset:<code>obj</code>中long型field的偏移量
==>value:field将被设置的新值

【六】
  public native void putOrderedObject(Object obj, long offset, Object value);
==>设置obj对象中offset偏移地址对应的整型field的值为指定值。支持volatile store语义
==>obj:包含需要修改field的对象
==>offset:<code>obj</code>中整型field的偏移量
==>value:field将被设置的新值

【七】
public native void putIntVolatile(Object obj, long offset, int value);
==>设置obj对象中offset偏移地址对应的整型field的值为指定值。支持volatile store语义
==>obj: 包含需要修改field的对象
==>offset:<code>obj</code>中整型field的偏移量
==>value:field将被设置的新值


【八】
 public native int getIntVolatile(Object obj, long offset);
==>获取obj对象中offset偏移地址对应的整型field的值,支持volatile load语义。
==>obj: 包含需要去读取的field的对象
==>offset:<code>obj</code>中整型field的偏移量

【九】
 public native void putLongVolatile(Object obj, long offset, long value);
==>设置obj对象中offset偏移地址对应的long型field的值为指定值。
==>obj：包含需要修改field的对象
==>offset: <code>obj</code>中long型field的偏移量
==>value: field将被设置的新值

【十】
public native long getLongVolatile(Object obj, long offset);
==>获取obj对象中offset偏移地址对应的long型field的值,支持volatile load语义。
==> obj:包含需要去读取的field的对象
==>offset:<code>obj</code>中long型field的偏移量


【十一】
public native void putLong(Object obj, long offset, long value);
==>设置obj对象中offset偏移地址对应的long型field的值为指定值。
==>obj:包含需要修改field的对象
==>offset: <code>obj</code>中long型field的偏移量
==>value:field将被设置的新值


【十二】
public native long getLong(Object obj, long offset);
==> 获取obj对象中offset偏移地址对应的long型field的值
==>obj:包含需要去读取的field的对象
==>offset:<code>obj</code>中long型field的偏移量

【十三】
 public native void putObjectVolatile(Object obj, long offset, Object value);
==> 设置obj对象中offset偏移地址对应的object型field的值为指定值。
==>obj:包含需要修改field的对象
==>offset:<code>obj</code>中object型field的偏移量
==>value:field将被设置的新值

【十四】
public native Object getObjectVolatile(Object obj, long offset);
==>获取obj对象中offset偏移地址对应的object型field的值,支持volatile load语义。
==>obj:包含需要去读取的field的对象
==>offset:  <code>obj</code>中object型field的偏移量

【十五】
  public native int arrayBaseOffset(Class arrayClass);
==>获取给定数组中第一个元素的偏移地址。 为了存取数组中的元素，这个偏移地址与<a href="#arrayIndexScale"><code>arrayIndexScale* </code></a>方法的非0返回值一起被使用
==>arrayClass:第一个元素地址被获取的class
==>返回：数组第一个元素 的偏移地址

【十六】
 public native int arrayIndexScale(Class arrayClass);
==>获取用户给定数组寻址的换算因子.一个合适的换算因子不能返回的时候(例如：基本类型), 返回0.这个返回值能够与<a href="#arrayBaseOffset"><code>arrayBaseOffset</code> </a>一起使用去存取这个数组class中的元素

【十七】
public native void unpark(Thread thread);
==>释放被<a href="#park"><code>park</code></a>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<code>park</code>导致的阻塞.这个操作操作时不安全的,因此线程必须保证是活的.这是java代码不是native代码
==>thread:  要解除阻塞的线程

【十八】
public native void park(boolean isAbsolute, long time);
==>阻塞一个线程直到<a href="#unpark"><code>unpark</code></a>出现、线程被中断或者timeout时间到期。如果一个<code>unpark</code>调用已经出现了，这里只计数。timeout为0表示永不过期.当<code>isAbsolute</code>为true时，timeout是相对于新纪元之后的毫秒。否则这个值就是超时前的纳秒数。这个方法执行时也可能不合理地返回(没有具体原因)
==>isAbsolute:如果为true timeout的值是一个相对于新纪元之后的毫秒数
==>time:  可以是一个要等待的纳秒数，或者是一个相对于新纪元之后的毫秒数直到到达这个时间点