Unsafe类-编程知识

Unsafe类

Unsafe类中的重要方法

JDK的rt.jar包中的Unsafe类提供了硬件级别的原子性操作，Unsafe类中的方法都是native方法，它们使用JNI的方式访问本地C++实现库。下面我们来了解一下Unsafe提供的几个主要的方法以及编程时如何使用Unsafe类做一些事情。

long objectFieldOffset(Field field)方法

返回指定的变量在所属类中的内存偏移地址，该偏移地址仅仅在该Unsafe函数中访问指定字段时使用。如下代码使用Unsafe类获取变量value在AtomicLong对象中的内存偏移。
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int arrayBaseOffset(Class arrayClass)方法

获取数组中第一个元素的地址。

int arrayIndexScale(Class arrayClass)方法

获取数组中一个元素占用的字节。

boolean compareAndSwapLong(Object obj,long offset,long expect,long update)方法

比较对象obj中偏移量为offset的变量的值是否与expect相等，相等则使用update值更新，然后返回true,否则返回false。

public native long getLongvolatile(Object obj,long offset)方法

获取对象obj中偏移量为offset的变量对应volatile语义的值。

void putLongvolatile(Object obj,long offset,long value)方法

设置obj对象中offset偏移的类型为long的field的值为value,支持volatile语义。

void putOrderedLong(Object obj,long offset,long value)方法

设置obj对象中offset偏移地址对应的long型field的值为value。这是一个有延迟的putLongvolatile方法，并且不保证值修改对其他线程立刻可见。只有在变量使用volatile修饰并且预计会被意外修改时才使用该方法。

void park(boolean isAbsolute,long time)方法

阻塞当前线程，其中参数isAbsolute等于false且time等于0表示一直阻塞。

time大于0表示等待指定的time后阻塞线程会被唤醒，这个time是个相对值，是个增量值，也就是相对当前时间累加time后当前线程就会被唤醒。

如果isAbsolute等于true,并且time大于0,则表示阻塞的线程到指定的时间点后会被唤醒，这里time是个绝对时间，是将某个时间点换算为ms后的值。

另外，当其他线程调用了当前阻塞线程的interrupt方法而中断了当前线程时，当前线程也会返回，而当其他线程调用了unPark方法并且把当前线程作为参数时当前线程也会返回。

void unpark(Object thread)方法

唤醒调用park后阻塞的线程。下面是JDK8新增的函数，这里只列出Long类型操作。

long getAndSetLong(Object obj,long offset,long update)方法

获取对象obj中偏移量为offset的变量volatile语义的当前值，并设置变量volatile语义的值为update。
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由以上代码可知，首先(1)处的getLongvolatile获取当前变量的值，然后使用CAS原子操作设置新值。

这里使用while循环是考虑到，在多个线程同时调用的情况下CAS失败时需要重试。

long getAndAddLong(Object obj,long offset,long addValue)方法

获取对象obj中偏移量为offset的变量volatile语义的当前值，并设置变量值为原始值+addValue。
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类似getAndSetLong的实现，只是这里进行CAS操作时使用了原始值+传递的增量参数addValue的值。

如何使用Unsafe类

看到Unsafe这个类如此厉害，你肯定会忍不住试一下下面的代码，期望能够使用Unsafe做点事情。

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代码(2.2.1)获取了Unsafe的一个实例，代码(2.2.3)创建了一个变量state并初始化为0。

代码(2.2.4)使用unsafe.objectFieldOffset获取TestUnSafe类里面的state变量，在TestUnSafe对象里面的内存偏移量地址并将其保存到stateOffset变量中。

代码(2.2.6)调用创建的unsafe实例的compareAndSwaplnt方法，设置test对象的state变量的值。

具体意思是，如果test对象中内存偏移量为stateOffset的state变量的值为0,则更新该值为1。

我们期望输出true,然而执行后会输出如下结果。
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为找出原因，必然要查看getUnsafe的代码。

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代码(2.2.7)获取调用getUnsafe这个方法的对象的Class对象，这里是TestUnSafe.class。

代码(2.2.8)判断是不是Bootstrap类加载器加载的localClass,在这里是看是不是Bootstrap加载器加载了TestUnSafe.class。

很明显由于TestUnSafe.class是使用AppClassLoader加载的，所以这里直接抛出了异常。

思考一下，这里为何要有这个判断?我们知道Unsafe类是rt.jar包提供的，rt.jar包里面的类是使用Bootstrap类加载器加载的，而我们的启动main函数所在的类是使用AppClassLoader加载的，所以在main函数里面加载Unsafe类时，根据委托机制，会委托给Bootstrap去加载Unsafe类。

如果没有代码(2.2.8)的限制，那么我们的应用程序就可以随意使用Unsafe做事情了，而Unsafe类可以直接操作内存，这是不安全的，所以JDK开发组特意做了这个限制，不让开发人员在正规渠道使用Unsafe类，而是在rt.jar包里面的核心类中使用Unsafe功能。

如果开发人员真的想要实例化Unsafe类，那该如何做?

方法有多种，既然从正规渠道访问不了，那么就玩点黑科技，使用万能的反射来获取Unsafe实例方法。

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