Java中Unsafe使用详解

Unsafe介绍

Unsafe是位于sun.misc包下的一个类，主要提供一些用于执行低级别、不安全操作的方法，如直接访问系统内存资源、自主管理内存资源等，这些方法在提升Java运行效率、增强Java语言底层资源操作能力方面起到了很大的作用。但由于Unsafe类使得Java语言拥有了类似C语言指针一样操作内存空间的能力，这无疑也增加了程序发生相关指针问题的风险。在程序中过度、不正确使用Unsafe类会使得程序出错的概率变大，使得Java这种安全的语言变得不再“安全”，因此对Unsafe的使用一定要慎重。

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java.util.concurrent.atomic包下的原子操作类，基本都是使用Unsafe实现的。

Unsafe提供的API大致可分为内存操作、CAS、Class、对象操作、线程、系统信息获取、内存屏障、数组操作等几类。

内存相关

CAS相关

java.util.concurrent.atomic包中的原子类基本都用的Unsafe

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
    2. 
  
  
  
  
  2. private static final long valueOffset;
    3. 
  
  
  
  
  3. static {
    4. 
  
  
  
  
  4.   try {
    5. 
  
  
  
  
  5.     valueOffset = unsafe.objectFieldOffset(AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
    6. 
  
  
  
  
  6.   } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
    7. 
  
  
  
  
  7. }
    8. 
  
  
  
  
  8. public final int getAndSet(int newValue) {
    9. 
  
  
  
  
  9.   return unsafe.getAndSetInt(this, valueOffset, newValue);
    10. 
  
  
  
  
  10. }
    11.

线程相关

LockSupport类中有应用unpark，park

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public static void park(Object blocker) {
    2. 
  
  
  
  
  2.   Thread t = Thread.currentThread();
    3. 
  
  
  
  
  3.   setBlocker(t, blocker);
    4. 
  
  
  
  
  4.   UNSAFE.park(false, 0L);
    5. 
  
  
  
  
  5.   setBlocker(t, null);
    6. 
  
  
  
  
  6. }
    7. 
 
 
 
 
 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public static void unpark(Thread thread) {
    2. 
  
  
  
  
  2.   if (thread != null)
    3. 
  
  
  
  
  3.     UNSAFE.unpark(thread);
    4. 
  
  
  
  
  4. }
    5.

Class相关

对象操作相关

系统相关

内存屏障

loadFence：保证在这个屏障之前的所有读操作都已经完成。

storeFence：保证在这个屏障之前的所有写操作都已经完成。

fullFence：保证在这个屏障之前的所有读写操作都已经完成。

在java8中 有这个StampedLock类，该类中应用了内存屏障功能。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. private static final sun.misc.Unsafe U;
    2. 
  
  
  
  
  2. static {
    3. 
  
  
  
  
  3.   try {
    4. 
  
  
  
  
  4.     U = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
    5. 
  
  
  
  
  5.   } catch (Exception e) {
    6. 
  
  
  
  
  6.     throw new Error(e);
    7. 
  
  
  
  
  7.   }
    8. 
  
  
  
  
  8. }
    9. 
  
  
  
  
  9. public boolean validate(long stamp) {
    10. 
  
  
  
  
  10.   U.loadFence();
    11. 
  
  
  
  
  11.   return (stamp & SBITS) == (state & SBITS);
    12. 
  
  
  
  
  12. }
    13. 
 
 
 
 
 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. U.loadFence();
    2.

Unsafe.java

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public final class Unsafe {
    2. 
  
  
  
  
  2. 
  
  
  
  
  3.     private static native void registerNatives();
    4. 
  
  
  
  
  4.     static {
    5. 
  
  
  
  
  5.         registerNatives();
    6. 
  
  
  
  
  6.         sun.reflect.Reflection.registerMethodsToFilter(Unsafe.class, "getUnsafe");
    7. 
  
  
  
  
  7.     }
    8. 
  
  
  
  
  8. 
  
  
  
  
  9.     private Unsafe() {}
    10. 
  
  
  
  
  10. 
  
  
  
  
  11.     private static final Unsafe theUnsafe = new Unsafe();
    12. 
  
  
  
  
  12.     // ...
    13. 
  
  
  
  
  13. }
    14.

获取Unsafe实例

Unsafe类是final且是单例的，并且theUnsafe字段是private;通过如下方法获取实例

方法1

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. Field theUnsafe = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe") ;
    2. 
  
  
  
  
  2. theUnsafe.setAccessible(true) ;
    3. 
  
  
  
  
  3. Unsafe unsafe = (Unsafe) theUnsafe.get(null) ;
    4.

方法2

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. private static Unsafe unsafe = null ;
    2. 
  
  
  
  
  2.     
    3. 
  
  
  
  
  3. static {
    4. 
  
  
  
  
  4.     try {
    5. 
  
  
  
  
  5.         Constructor cons = Unsafe.class.getDeclaredConstructor() ;
    6. 
  
  
  
  
  6.         cons.setAccessible(true) ;
    7. 
  
  
  
  
  7.         unsafe = cons.newInstance() ;
    8. 
  
  
  
  
  8.     } catch (Exception e) {
    9. 
  
  
  
  
  9.         e.printStackTrace();
    10. 
  
  
  
  
  10.     }
    11. 
  
  
  
  
  11. }
    12.

Unsafe简单应用

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. int i = 0 ;
    2. 
  
  
  
  
  2.     
    3. 
  
  
  
  
  3. public static void main(String[] args) throws Exception {
    4. 
  
  
  
  
  4.     UnsafeDemo d = new UnsafeDemo() ;
    5. 
  
  
  
  
  5.     // 获取Unsafe实例
    6. 
  
  
  
  
  6.     Field theUnsafe = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe") ;
    7. 
  
  
  
  
  7.     theUnsafe.setAccessible(true) ;
    8. 
  
  
  
  
  8.     Unsafe unsafe = (Unsafe) theUnsafe.get(null) ;
    9. 
  
  
  
  
  9.     // 获取类的实例变量
    10. 
  
  
  
  
  10.     Field f = UnsafeDemo.class.getDeclaredField("i") ;
    11. 
  
  
  
  
  11.     // 获取字段相对Java对象的"起始地址"的偏移量
    12. 
  
  
  
  
  12.     long fieldOffset = unsafe.objectFieldOffset(f) ;
    13. 
  
  
  
  
  13.     System.out.println(fieldOffset) ;
    14. 
  
  
  
  
  14.     // 设置值
    15. 
  
  
  
  
  15.     boolean success = unsafe.compareAndSwapInt(d, fieldOffset, 0, 10) ;
    16. 
  
  
  
  
  16.     System.out.println(success) ;
    17. 
  
  
  
  
  17.     System.out.println(d.i) ;
    18. 
  
  
  
  
  18. }
    19.

Unsafe对象操作

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. private static Unsafe unsafe = null ;
    2. 
  
  
  
  
  2.     
    3. 
  
  
  
  
  3. static {
    4. 
  
  
  
  
  4. try {
    5. 
  
  
  
  
  5.         Constructor cons = Unsafe.class.getDeclaredConstructor() ;
    6. 
  
  
  
  
  6.         cons.setAccessible(true) ;
    7. 
  
  
  
  
  7.         unsafe = cons.newInstance() ;
    8. 
  
  
  
  
  8.     } catch (Exception e) {
    9. 
  
  
  
  
  9.         e.printStackTrace();
    10. 
  
  
  
  
  10.     }
    11. 
  
  
  
  
  11. }
    12. 
  
  
  
  
  12. public static void allocate() {
    13. 
  
  
  
  
  13.     try {
    14. 
  
  
  
  
  14.         Person p = (Person)unsafe.allocateInstance(Person.class) ;
    15. 
  
  
  
  
  15.         p.setId("s001");
    16. 
  
  
  
  
  16.         System.out.println(p.getValue()) ;
    17. 
  
  
  
  
  17.         System.out.println(p.getId()) ;
    18. 
  
  
  
  
  18.     } catch (Exception e) {
    19. 
  
  
  
  
  19.         e.printStackTrace();
    20. 
  
  
  
  
  20.     }
    21. 
  
  
  
  
  21. }
    22.

执行结果：

对象操作2：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. private Person p = new Person("1", "张三") ;
    2. 
  
  
  
  
  2.     
    3. 
  
  
  
  
  3. public static void main(String[] args) throws Exception {
    4. 
  
  
  
  
  4.   UnSafeObjectDemo d = new UnSafeObjectDemo() ;
    5. 
  
  
  
  
  5.   Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe") ;
    6. 
  
  
  
  
  6.     field.setAccessible(true) ;
    7. 
  
  
  
  
  7.     Unsafe unsafe = (Unsafe) field.get(null) ;
    8. 
  
  
  
  
  8.     Field f = d.getClass().getDeclaredField("p") ;
    9. 
  
  
  
  
  9.     long offset = unsafe.objectFieldOffset(f) ;
    10. 
  
  
  
  
  10.     System.out.println(offset) ;
    11. 
  
  
  
  
  11.     boolean res = unsafe.compareAndSwapObject(d, offset, d.p, new Person("2", "李四")) ;
    12. 
  
  
  
  
  12.     System.out.println(res) ;
    13. 
  
  
  
  
  13.     System.out.println(d.p.getName()) ;
    14. 
  
  
  
  
  14. }
    15.

Unsafe创建对象

当不知道即将使用的对象有何构造函数，或是不想使用现有对象的构造函数创建对象时，可以通过如下方式：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. Constructor cons = (Constructor) ReflectionFactory.getReflectionFactory().newConstructorForSerialization(Teacher.class,
    2. 
  
  
  
  
  2.                 Object.class.getConstructor());
    3. 
  
  
  
  
  3. cons.setAccessible(true);
    4. 
  
  
  
  
  4. Teacher t = cons.newInstance() ;
    5. 
  
  
  
  
  5. System.out.println(t) ;
    6.

Unsafe简单实现原子操作类

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public class AtomicCount {
    2. 
  
  
  
  
  2.     
    3. 
  
  
  
  
  3.     private static Unsafe unsafe ;
    4. 
  
  
  
  
  4.     
    5. 
  
  
  
  
  5.     private int value ;
    6. 
  
  
  
  
  6.     private static long valueOffset ;
    7. 
  
  
  
  
  7.     
    8. 
  
  
  
  
  8.     static {
    9. 
  
  
  
  
  9.         try {
    10. 
  
  
  
  
  10.             Field theUnsafe = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe") ;
    11. 
  
  
  
  
  11.             theUnsafe.setAccessible(true) ;
    12. 
  
  
  
  
  12.             unsafe = (Unsafe) theUnsafe.get(null) ;
    13. 
  
  
  
  
  13.             
    14. 
  
  
  
  
  14.             Field f = AtomicCount.class.getDeclaredField("value") ;
    15. 
  
  
  
  
  15.             valueOffset = unsafe.objectFieldOffset(f) ;
    16. 
  
  
  
  
  16.         } catch (Exception e) {
    17. 
  
  
  
  
  17.             e.printStackTrace();
    18. 
  
  
  
  
  18.         }
    19. 
  
  
  
  
  19.     }
    20. 
  
  
  
  
  20.     
    21. 
  
  
  
  
  21.     public AtomicCount(int value) {
    22. 
  
  
  
  
  22.         this.value = value ;
    23. 
  
  
  
  
  23.     }
    24. 
  
  
  
  
  24.     
    25. 
  
  
  
  
  25.     public final int get() {
    26. 
  
  
  
  
  26.         return value;
    27. 
  
  
  
  
  27.     }
    28. 
  
  
  
  
  28.     
    29. 
  
  
  
  
  29.     public final int getAndIncrement() {
    30. 
  
  
  
  
  30.         return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
    31. 
  
  
  
  
  31.     }
    32. 
  
  
  
  
  32.     
    33. 
  
  
  
  
  33. }
    34.

完毕！！！

当前名称：Java中Unsafe使用详解
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