Unsafe类学习笔记

Unsafe类是在sun.misc包中，使Java拥有了类似C语言指针操作内存的功能。该类使用了单例模式，需要通过一个静态方法getUnsafe()来获取实例，该方法会抛出SecurityException异常，其源码如下：

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

也可以使用Java反射技术来获取实例，方法如下：

Filed field = Unsafe.class.getDeclaredFiled("theUnsafe");
field.setAccessible(true);
Unsafe unsafe = (Unsafe)field.get(null);

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Unsafe类提供了以下这些功能：

• 操作内存

该部分包括allocateMemory（分配内存）、reallocateMemory（重新分配内存）、setMemory（设置内存）、copyMemory（拷贝内存）、freeMemory（释放内存）等方法。

allocateMemory(long size);

该方法分配一块给定大小的内存空间，这块内存可能包含有垃圾数据（没有初始化清零）。如果分配失败则抛出java.lang.OutOfMemoryError。该方法返回一个非0的内存地址。

reallocateMemory(long address, long size);

该方法重新分配一块给定大小的内存空间，将数据从address指定的内存缓冲区拷贝到新分配的内存区。如果address为0则和allocateMemory方法相同。

freeMemory(long address);

该方法释放以上两个方法分配的内存空间。如果address为0则什么也不做。

• 操作数组

arrayBaseOffset(Class arrayClass);

该方法获取给定数组中第一个元素的内存地址偏移量。

arrayIndexScale(Class arrayClass);

该方法获取给定数组中每个元素内存地址的比例因子，获取不到则返回0。

这两个方法配合使用可以获取数组中每个元素在内存中的位置。

• 实例化构造函数私有的类

allocateInstance(Class class);

该方法在实例化对象的时候，能够避免调用构造函数，常用于反序列化过程中，既保证安全又可以节省时间。

Student student = (Student)unsafe.allocateInstance(Student.class);
student.setName("鸿雁出塞北，鹧鸪生江南");
student.setAge(18);
System.out.println(student);
//输出结果：
//Student [name=鸿雁出塞北，鹧鸪生江南, age=18]

public class Student {
    private String name;//姓名
    private int age;//年龄

    private Student() {}//私有构造函数
    //省略getters & setters
    @Override
    public String toString() {
        return "Student [name=" + name + ", age=" + age + "]";
    }
}

• 获取字段对应的内存地址偏移量，并通过内存地址偏移量修改字段的值

for(Field f : Student.class.getDeclaredFields()) {
    System.out.println(f.getName() + "字段对应的内存地址偏移 : " + unsafe.objectFieldOffset(f));
}
//输出结果：
//name字段对应的内存地址偏移 : 16
//age字段对应的内存地址偏移 : 12

getInt(Object obj, long offset);
getIntVolatile(Object obj, long offset);
putInt(Object obj, long offset, int value);
putOrderedInt(Object obj, long offset, int value);
putIntVolatile(Object obj, long offset, int value);

• CAS操作

compareAndSwapObject(Object obj, long offset, Object expect, Object update);
compareAndSwapInt(Object obj, long offset, int expect, int update);
compareAndSwapLong(Object obj, long offset, long expect, long update);

• 阻塞和唤醒线程

park(boolean isAbsolute, long time);

该方法将一个线程进行挂起，该线程将一直阻塞直到unpark()方法被调用、线程被中断或者time超时等条件出现。isAbsolute如果为true则表示采用时间戳，否则表示采用相对时间。

unpark(Object thread);

该方法可以终止线程的挂起状态，使其恢复正常。

整个并发框架中对线程的挂起操作被封装在LockSupport类中，LockSupport类中有各种重载的pack()方法，但最终都调用了Unsafe.park()方法。

public class ParkThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("江汉曾为客，相逢每醉还");
        LockSupport.parkNanos(60*1000*1000*1000);//阻塞60s
        System.out.println("何因不归去，淮上有秋山");
    }
}

public class UnparkThread extends Thread {
    private Thread thread;
    public UnparkThread(Thread thread) {
        this.thread = thread;
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("浮云一别后，流水十年间");
        LockSupport.unpark(thread);//唤醒被阻塞的线程
    }
}

public static void main(String[] args) {
    Thread parkThread = new ParkThread();
    Thread unparkThread = new UnparkThread(parkThread);
    parkThread.start();
    unparkThread.start();
    try {
        unparkThread.join();
    } catch(InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    System.out.println("欢笑情如旧，萧疏鬓已斑");
}