unsafe類是啥？

java最初被設計為一種安全的受控環境。盡管如此，java hotspot還是包含了一個“后門”，提供了一些可以直接操控內存和線程的低層次操作。這個后門類——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環境中使用這個后門。因為這個api十分不安全、不輕便、而且不穩定。這個不安全的類提供了一個觀察hotspot jvm內部結構并且可以對其進行修改。有時它可以被用來在不適用c++調試的情況下學習虛擬機內部結構，有時也可以被拿來做性能監控和開發工具。

引言

最近在看java并發包的源碼，發現了神奇的unsafe類，仔細研究了一下，在這里跟大家分享一下。

unsafe類是在sun.misc包下，不屬于java標準。但是很多java的基礎類庫，包括一些被廣泛使用的高性能開發庫都是基于unsafe類開發的，比如netty、cassandra、hadoop、kafka等。unsafe類在提升java運行效率，增強java語言底層操作能力方面起了很大的作用。

unsafe類使java擁有了像c語言的指針一樣操作內存空間的能力，同時也帶來了指針的問題。過度的使用unsafe類會使得出錯的幾率變大，因此java官方并不建議使用的，官方文檔也幾乎沒有。oracle正在計劃從java 9中去掉unsafe類，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，除非有明確的目的，并且也要對它有深入的了解才行。要想使用unsafe類需要用一些比較tricky的辦法。unsafe類使用了單例模式，需要通過一個靜態方法getunsafe()來獲取。但unsafe類做了限制，如果是普通的調用的話，它會拋出一個securityexception異常；只有由主類加載器加載的類才能調用這個方法。其源碼如下：

網上也有一些辦法來用主類加載器加載用戶代碼，比如設置bootclasspath參數。但更簡單方法是利用java反射，方法如下：

獲取到unsafe實例之后，我們就可以為所欲為了。unsafe類提供了以下這些功能：

一、內存管理。包括分配內存、釋放內存等。

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

利用copymemory方法，我們可以實現一個通用的對象拷貝方法，無需再對每一個對象都實現clone方法，當然這通用的方法只能做到對象淺拷貝。

二、非常規的對象實例化。

allocateinstance()方法提供了另一種創建實例的途徑。通常我們可以用new或者反射來實例化對象，使用allocateinstance()方法可以直接生成對象實例，且無需調用構造方法和其它初始化方法。

這在對象反序列化的時候會很有用，能夠重建和設置final字段，而不需要調用構造方法。

三、操作類、對象、變量。

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

通過這些方法我們可以獲取對象的指針，通過對指針進行偏移，我們不僅可以直接修改指針指向的數據（即使它們是私有的），甚至可以找到jvm已經認定為垃圾、可以進行回收的對象。

四、數組操作。

這部分包括了arraybaseoffset（獲取數組第一個元素的偏移地址）、arrayindexscale（獲取數組中元素的增量地址）等方法。arraybaseoffset與arrayindexscale配合起來使用，就可以定位數組中每個元素在內存中的位置。

由于java的數組最大值為integer.max_value，使用unsafe類的內存分配方法可以實現超大數組。實際上這樣的數據就可以認為是c數組，因此需要注意在合適的時間釋放內存。

五、多線程同步。包括鎖機制、cas操作等。

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

其中monitorenter、trymonitorenter、monitorexit已經被標記為deprecated，不建議使用。

unsafe類的cas操作可能是用的最多的，它為java的鎖機制提供了一種新的解決辦法，比如atomicinteger等類都是通過該方法來實現的。compareandswap方法是原子的，可以避免繁重的鎖機制，提高代碼效率。這是一種樂觀鎖，通常認為在大部分情況下不出現競態條件，如果操作失敗，會不斷重試直到成功。

六、掛起與恢復。

這部分包括了park、unpark等方法。

將一個線程進行掛起是通過park方法實現的，調用 park后，線程將一直阻塞直到超時或者中斷等條件出現。unpark可以終止一個掛起的線程，使其恢復正常。整個并發框架中對線程的掛起操作被封裝在 locksupport類中，locksupport類中有各種版本pack方法，但最終都調用了unsafe.park()方法。

七、內存屏障。

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

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

總結

以上就是這篇文章的全部內容了，希望本文的內容對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對服務器之家的支持。

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