Java 并发编程：AQS 的原子性如何保证

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发布于: 2020 年 12 月 21 日

当我们研究 AQS 框架时(对于 AQS 不太熟知可以先阅读《什么是JDK内置并发框架AQS》，会发现 AbstractQueuedSynchronizer 这个类很多地方都使用了 CAS 操作。在并发实现中 CAS 操作必须具备原子性，而且是硬件级别的原子性。我们知道 Java 被隔离在硬件之上，硬件级别的操作明显力不从心。这时为了能够执行操作系统层面的操作，就必须要通过用 C++编写的 native 本地方法来扩展实现。一般可以通过 JNI 方式实现 Java 代码调用 C++代码

Unsafe 调用

JDK 提供了一个类来满足 CAS 的硬件级别原子性要求，即 sun.misc.Unsafe 类，从名字上大概知道它用于执行低级别、不安全的操作，AQS 就是使用此类来完成硬件级别的原子操作。也就是说通过该类就能实现对处理器的原子操作，Unsafe 通过 JNI 调用本地 C++代码，C++代码调用了硬件指令集，这些硬件指令集都属于 CPU。

Unsafe 的魔法

Unsafe 是一个很强大的类，它可以分配内存、释放内存、可以定位对象某字段的位置、可以修改对象的字段值、可以使线程挂起、使线程恢复、可进行硬件级别原子的 CAS 操作等等。

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Unsafe 的用途

一般情况下，我们都没有特殊的需求去使用它。而且它的使用必须限定在受信任代码，这些代码一般由 JVM 指定。例如直接 Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();获取一个 Unsafe 实例是不会成功的，因为这个类的安全性很重要，设计者对其进行了安全检查。如下代码所示，它会检测调用它的类是否由启动类加载器 Bootstrap ClassLoader（它的类加载器为 null）加载，由此来保证此类只能由 JVM 指定的类使用。

Unsafe 实现 CAS

因为存在安全性问题，所以如果我们要用 Unsafe 类则需要另辟蹊径。可行的方法就是通过反射来绕过上述的安全检查，我们可以通过以下的 getUnsafeInstance 方法来获取 Unsafe 实例。这段代码演示了如何获取 Java 对象的相对地址偏移量以及使用 Unsafe 来完成 CAS 操作，最终输出的是 flag 字段的内存偏移量及 CAS 操作后的值。最终的输出为“unsafeTest 对象的 flag 字段的地址偏移量为：12”和“CAS 操作后的 flag 值为：101”。另外如果使用开发工具如 Eclipse，可能会编译通不过，只要把编译错误提示关掉即可。

总结

这里主要讲解了 Unsafe 类如何让 Java 层能实现硬件级别的原子操作，同时也了解了 Unsafe 类拥有很多法魔技能。通常我们使用 Java 时不需要在内存中处理 Java 对象及内存地址位置，但有的时候我们被迫必须要操作 Java 对象相关的地址，于是我们只能使用 Unsafe 类。使用该类则意味着破坏了 Java 平台隔离的效果了，我们都知道一旦用了本地方法则可能会引来跨平台问题。