浅析Unsafe类

sun.misc.Unsafe类提供了像C语言那样直接操作内存的能力，Unsafe开辟的内存空间不占用heap空间，也不被GC回收

private static final Unsafe theUnsafe;

private Unsafe() {
}

@CallerSensitive
public static Unsafe getUnsafe() {
    Class var0 = Reflection.getCallerClass();
    if (!VM.isSystemDomainLoader(var0.getClassLoader())) {
        throw new SecurityException("Unsafe");
    } else {
        return theUnsafe;
    }
}

直接调用getUnsafe会过不了安全性检查

package yuanma;

import sun.misc.Unsafe;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
    }
}
/*
Exception in thread "main" java.lang.SecurityException: Unsafe
    at sun.misc.Unsafe.getUnsafe(Unsafe.java:90)
    at yuanma.Test.main(Test.java:7)
 */

可以通过修改-Xbootclasspath参数或者反射来获取Unsafe实例，正确的姿势是这样的

package yuanma;

import sun.misc.Unsafe;

import java.lang.reflect.Field;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
            f.setAccessible(true);
            Unsafe unsafe = (Unsafe) f.get(null);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

获取到Unsafe实例之后，就真的可以为所欲为了

1. 内存管理

allocateMemory（分配内存，不被GC回收需要手动free）、reallocateMemory（重新分配内存）、copyMemory（拷贝内存）、freeMemory（释放内存）

getAddress（获取内存地址）、addressSize、pageSize、getInt（获取内存地址指向的整数）、getIntVolatile（获取内存地址指向的整数并支持volatile语义）

putInt（将整数写入指定内存地址）、putIntVolatile（将整数写入指定内存地址并支持volatile语义）、putOrderedInt（将整数写入指定内存地址，有序或者有延迟的方法）

copyMemory无需对象实现clone方法即可拷贝对象（浅拷贝）

2. 非常规的对象实例化

allocateInstance方法直接生成对象实例，无需new或者反射获取对象——对象反序列化时不需要调用构造方法，能够重建和设置final字段

package yuanma;

import sun.misc.Unsafe;

import java.lang.reflect.Field;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
            f.setAccessible(true);
            Unsafe unsafe = (Unsafe) f.get(null);
            Student student = (Student) unsafe.allocateInstance(Student.class);
            student.setName("bin");
            System.out.println(student.getName()); // bin
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    class Student {
        String name;

        public String getName() {
            return name;
        }

        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }
    }
}

3. 操作类、对象及变量

staticFieldOffset（静态域偏移）、defineClass（定义类）、defineAnonymousClass（定义匿名类）、ensureClassInitialized（确保类初始化）、objectFieldOffset（对象域偏移）

可以获取对象的指针，通过对指针进行偏移，不仅可以直接修改指针指向的数据（即使是私有的），甚至可以找到JVM已经认定为垃圾，可以回收的对象

4. 数组操作

arrayBaseOffset（获取数组第一个元素的偏移地址）+arrayIndexScale（获取数组中元素的增量地址）定位数组任意元素

由于Java数组最大长度为Integer.MAX_VALUE，而用Unsafe类的内存分配方法可以实现超大数组，实际上可以认为是C数组

package yuanma;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] arr = new byte[Integer.MAX_VALUE + 1];
    }
}
/*
Exception in thread "main" java.lang.NegativeArraySizeException
    at yuanma.Test.main(Test.java:5)
 */

package yuanma;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] arr = new byte[Integer.MAX_VALUE];
    }
}
/*
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
    at yuanma.Test.main(Test.java:5)
 */

5. 线程同步

monitorEnter、tryMonitorEnter、monitorExit、compareAndSwapInt、compareAndSwap

6. 挂起与恢复

park、unpark——整个并发框架中对线程的挂起恢复操作被封装在LockSupport类中

7. 内存屏障

loadFence、storeFence、fullFence——用于定义内存屏障，避免代码重排序