JUC(java.util.concurrent)的开始，可以说是从 Unsafe 类开始。
Unsafe 简介
Unsafe 在sun.misc 下，顾名思义，这是一个不安全的类，因为 Unsafe 类所操作的并不属于 Java 标准，Java 的一系列内存操作都是交给 jvm 的，而 Unsafe 类却能有像 C 语言的指针一样直接操作内存的能力，同时也会带来了指针的问题。过度使用 Unsafe 类的话，会使出错率变得更大，因此官方才命名为 Unsafe，并且不建议使用，连注释的没有。
而为了安全使用 Unsafe，Unsafe 类只允许 jdk 自带的类使用，从下面的代码中可以看出
public static Unsafe getUnsafe() { Class<?> caller = Reflection.getCallerClass(); if (!VM.isSystemDomainLoader(caller.getClassLoader())) throw new SecurityException("Unsafe"); return theUnsafe; }
复制代码
如果当前 Class 是非系统加载的(也就是 caller.getClassLoader()不为空)，直接抛出 SecurityException 。
在 java9 之后，又出现了一个jdk.internal.misc.Unsafe类，其功能与sun.misc.Unsafe类是一样的，唯一不一样的是在 **getSafe()** 的时候，jdk.internal.misc.Unsafe是没有做校验的，但是 jdk 包下的代码，应用开发时是不能直接调用的，而且在 java9 之后，两个 Unsafe 类都有充足的注释。
Unsafe 类里有这样的一个 field。
private static final Unsafe theUnsafe = new Unsafe();
复制代码
也就是说虽然不能直接拿到 Unsafe 对象，但是还是可以通过反射去获取的。
private static Unsafe getUnsafe() throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException { Field theUnsafeField = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); theUnsafeField.setAccessible(true); return (Unsafe) theUnsafeField.get(Unsafe.class);}
复制代码
而 JUC 紧密使用了 Unsafe 的功能。
功能简介
Unsafe 类的功能主要分为内存操作、CAS、Class 相关、对象操作、数组相关、内存屏障、系统相关、线程调度等功能。
内存操作
//分配内存，并返回内存地址public native long allocateMemory(long bytes);//扩充内存，address可以是allocateMemory方法返回的地址，bytes是扩充的大小public native long reallocateMemory(long address, long bytes);//释放内存public native void freeMemory(long address);//在给定的内存块设置默认值public native void setMemory(long address, long bytes, byte value);//获取指定地址值的byte类型public native byte getByte(long address);//设置堆外指定值的byte类型的值public native void putByte(long address, byte x);
复制代码
//在给定的内存块设置默认值public native void setMemory(Object o, long offset, long bytes, byte value);//内存拷贝public native void copyMemory(Object srcBase, long srcOffset, Object destBase, long destOffset, long bytes);//获取指定地址的值，offset为o对象某个field的偏移量，类似有: getInt,getDouble,getLong,getChar等public native Object getObject(Object o, long offset);//设置值，offset为o对象某个field的偏移量，类似的还有 putInt,putDouble,putLong,putChar等public native void putObject(Object o, long offset, Object x);
复制代码
通常，在 java 创建的对象都是在堆内存中的，堆内存是有 JVM 所托管，并且都遵循 JVM 内存管理机制。与之相对的是 JAVA 管核之外的堆外内存，是依赖 Unsafe 提供的操作堆外内存的 native 方法处理。
java 带的 NIO 中的java.nio.DirectByteBuffer中就是用 Unsafe 的堆外内存函数来操作堆外内存。使用方法
ByteBuffer.allocateDirect(1024);
复制代码
最终在 DirectByteBuffer 的构造函数中调用 UNSAFE 来分配并初始化内存。
long base = 0;try { base = UNSAFE.allocateMemory(size);} catch (OutOfMemoryError x) { Bits.unreserveMemory(size, cap); throw x;}UNSAFE.setMemory(base, size, (byte) 0);
复制代码
堆外内存
Field theUnsafeField = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");theUnsafeField.setAccessible(true);Unsafe unsafe = (Unsafe) theUnsafeField.get(Unsafe.class);long address = unsafe.allocateMemory(1024);unsafe.setMemory(address, 1024, (byte) 0);unsafe.putInt(address, 1);System.out.println(unsafe.getInt(address));unsafe.freeMemory(address);
复制代码
堆内内存
public class Demo { private static String name = "jfound"; private int age = 10;}//-----------Field theUnsafeField = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");theUnsafeField.setAccessible(true);Unsafe unsafe = (Unsafe) theUnsafeField.get(Unsafe.class);
Demo demo = new Demo();Field ageField = Demo.class.getDeclaredField("age");ageField.setAccessible(true);long ageFieldAddress = unsafe.objectFieldOffset(ageField);System.out.println(unsafe.getInt(demo, ageFieldAddress));Field nameField = Demo.class.getDeclaredField("name");nameField.setAccessible(true);
unsafe.ensureClassInitialized(Demo.class); //初始化，否则name为nulllong nameAddress = unsafe.staticFieldOffset(nameField);System.out.println(unsafe.getObject(Demo.class, nameAddress)); //输出jfound
复制代码
CAS
CAS，较并替换，CAS 操作包含三个操作数——内存位置、预期原值及新值。执行 CAS 操作的时候，将内存位置的值与预期原值比较，如果相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值，否则，处理器不做任何操作。
此操作是CPU指令cmpxchg，是属于指令级别的，具有原子性 ，典型的 atomic 下的类，AQS 系列的锁都是借用 Unsafe 下的 CAS 的 api 来实现的。
//cas改变值，o为改变的对象，可以是class，offset是指定的field偏移量，expected是期望的值，expected修改的值public final native boolean compareAndSwapObject(Object o, long offset, Object expected, Object update);public final native boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset, int expected,int update);public final native boolean compareAndSwapLong(Object o, long offset, long expected, long update);
复制代码
public class Demo { private static String name = "jfound";}//--------Field theUnsafeField = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");theUnsafeField.setAccessible(true);Unsafe unsafe = (Unsafe) theUnsafeField.get(Unsafe.class);
Field nameField = Demo.class.getDeclaredField("name");nameField.setAccessible(true);long nameAddress = unsafe.staticFieldOffset(nameField);unsafe.ensureClassInitialized(Demo.class); //初始化，否则name为nullunsafe.compareAndSwapObject(Demo.class, nameAddress, "jfound", "jfound-plus");System.out.println(unsafe.getObject(Demo.class, nameAddress)); //输出 jfound-plus
复制代码
Class 相关
//获取给定静态字段的内存地址偏移量，这个值对于给定的字段是唯一且固定不变的public native long staticFieldOffset(Field f);//获取一个静态类中给定字段的对象指针public native Object staticFieldBase(Field f);//判断是否需要初始化一个类，通常在获取一个类的静态属性的时候（因为一个类如果没初始化，它的静态属性也不会初始化）使用。 当且仅当ensureClassInitialized方法不生效时返回false。public native boolean shouldBeInitialized(Class<?> c);//检测给定的类是否已经初始化。通常在获取一个类的静态属性的时候（因为一个类如果没初始化，它的静态属性也不会初始化）使用。public native void ensureClassInitialized(Class<?> c);//定义一个类，此方法会跳过JVM的所有安全检查，默认情况下，ClassLoader（类加载器）和ProtectionDomain（保护域）实例来源于调用者public native Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len, ClassLoader loader, ProtectionDomain protectionDomain);//定义一个匿名类public native Class<?> defineAnonymousClass(Class<?> hostClass, byte[] data, Object[] cpPatches);
复制代码
public static class Demo { private static String name = "jfound";}// ----------- Field theUnsafeField = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");theUnsafeField.setAccessible(true);Unsafe unsafe = (Unsafe) theUnsafeField.get(Unsafe.class);
System.out.println(unsafe.shouldBeInitialized(Demo.class)); //true,为初始化unsafe.ensureClassInitialized(Demo.class); //初始化System.out.println(unsafe.shouldBeInitialized(Demo.class)); //fale，已经初始化
Field nameField = Demo.class.getDeclaredField("name");nameField.setAccessible(true);long nameAddress = unsafe.staticFieldOffset(nameField);System.out.println(unsafe.getObject(unsafe.staticFieldBase(nameField), nameAddress));
复制代码
对象操作
//返回对象成员属性在内存地址相对于此对象的内存地址的偏移量public native long objectFieldOffset(Field f);//获得给定对象的指定地址偏移量的值，与此类似操作还有：getInt，getDouble，getLong，getChar等public native Object getObject(Object o, long offset);//给定对象的指定地址偏移量设值，与此类似操作还有：putInt，putDouble，putLong，putChar等public native void putObject(Object o, long offset, Object x);//从对象的指定偏移量处获取变量的引用，使用volatile的加载语义public native Object getObjectVolatile(Object o, long offset);//存储变量的引用到对象的指定的偏移量处，使用volatile的存储语义public native void putObjectVolatile(Object o, long offset, Object x);//有序、延迟版本的putObjectVolatile方法，不保证值的改变被其他线程立即看到。只有在field被volatile修饰符修饰时有效public native void putOrderedObject(Object o, long offset, Object x);//绕过构造方法、初始化代码来创建对象,这个厉害吧public native Object allocateInstance(Class<?> cls) throws InstantiationException;
复制代码
public static class Demo { private String name = "jfound"; public Demo() { System.out.println("构造函数"); }}//--------Field theUnsafeField = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");theUnsafeField.setAccessible(true);Unsafe unsafe = (Unsafe) theUnsafeField.get(Unsafe.class);
Field nameField = Demo.class.getDeclaredField("name");
Demo demo = (Demo) unsafe.allocateInstance(Demo.class); //构造函数没调用long offset = unsafe.objectFieldOffset(nameField);System.out.println(unsafe.getObject(demo, offset)); //打印null，allocateInstance出来的对象，属性也没有初始化System.out.println(unsafe.getObject(new Demo(), offset)); //jfound
复制代码
有意思的是，allocateInstance 创建出来的对象是没有调用构造函数的，而且对象的属性也没有初始化。
数组相关
//返回数组中第一个元素的偏移地址public native int arrayBaseOffset(Class<?> arrayClass);//返回数组中一个元素占用的大小public native int arrayIndexScale(Class<?> arrayClass);
复制代码
Field theUnsafeField = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");theUnsafeField.setAccessible(true);Unsafe unsafe = (Unsafe) theUnsafeField.get(Unsafe.class);
System.out.println(unsafe.arrayBaseOffset(int[].class));System.out.println(unsafe.arrayIndexScale(int[].class));
复制代码
内存屏障
//内存屏障，禁止load操作重排序。屏障前的load操作不能被重排序到屏障后，屏障后的load操作不能被重排序到屏障前public native void loadFence();//内存屏障，禁止store操作重排序。屏障前的store操作不能被重排序到屏障后，屏障后的store操作不能被重排序到屏障前public native void storeFence();//内存屏障，禁止load、store操作重排序public native void fullFence();
复制代码
系统相关
//返回系统指针的大小。返回值为4（32位系统）或 8（64位系统）。public native int addressSize(); //内存页的大小，此值为2的幂次方。public native int pageSize();
复制代码
线程调度
这部分包括了线程的挂起、回复、锁等方法，
//阻塞线程public native void park(boolean isAbsolute, long time);//取消阻塞线程public native void unpark(Object thread);
复制代码
park
阻塞当前线程直到一个unpark方法出现(被调用)、一个用于unpark方法已经出现过(在此 park 方法调用之前已经调用过)、线程被中断或者 time 时间到期(也就是阻塞超时)。在 time 非零的情况下，如果 isAbsolute 为 true，time 是相对于新纪元之后的毫秒，否则 time 表示纳秒
unpark
释放被park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park导致的阻塞。这个操作是不安全的，因此必须保证线程是存活的(thread has not been destroyed)。
微信搜索 JFound，关注我
回复 unsafe 获取 unsafe 的思维导图
回复 juc 获取 juc 的思维导图
关注我，发现更多Java领域知识
评论