java中Unsafe的使用讲解

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• 1.获取unsafe
• 2.获取unsafe

前段时间因为看JUC的源码，里面有大量关于unsafe的操作，所以就来看看了.写点笔记总结下(本文基于jdk1.8)：

unsafe可以帮我们直接去操作硬件资源，当然了是借助java的jit来进行的，官方不推荐使用，因为不安全，例如你使用unsafe创建一个超级大的数组，但是这个数组jvm是不管理的，只能你自己操作，容易oom，也不利于资源的回收。

好了，下面我们来看代码

1.获取unsafe

//1.最简单的使用方式是基于反射获取Unsafe实例
Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
f.setAccessible(true);
Unsafe unsafe = (Unsafe) f.get(null);

2.获取unsafe

private static Unsafe unsafe = null;
private static Field getUnsafe = null;
static {
    try {
        getUnsafe = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
        getUnsafe.setAccessible(true);
        unsafe = (Unsafe) getUnsafe.get(null);
    } catch (NoSuchFieldException e) {
        e.printStackTrace();
    } catch (IllegalAccessException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

随便只要你高兴,都可以获取到unfase,因为涉及到unfase 的权限问题,所以,我们只能使用这种方式获取,不然就是权限异常,

操作方法：

/**
 * 操作数组:
 * 可以获取数组的在内容中的基本偏移量（arrayBaseOffset），获取数组内元素的间隔（比例），
 * 根据数组对象和偏移量获取元素值（getObject），设置数组元素值（putObject），示例如下。
 */
String[] strings = new String[]{"1", "2", "3"};
long i = unsafe.arrayBaseOffset(String[].class);
System.out.println("string[] base offset is :" + i);

//every index scale
long scale = unsafe.arrayIndexScale(String[].class);
System.out.println("string[] index scale is " + scale);

//print first string in strings[]
System.out.println("first element is :" + unsafe.getObject(strings, i));

//set 100 to first string
unsafe.putObject(strings, i + scale * 0, "100");

//print first string in strings[] again
System.out.println("after set ,first element is :" + unsafe.getObject(strings, i + scale * 0));

/**
 * 对象操作
 * 实例化Data
 *
 * 可以通过类的class对象创建类对象（allocateInstance），获取对象属性的偏移量（objectFieldOffset）
 * ，通过偏移量设置对象的值（putObject）
 *
 * 对象的反序列化
 * 当使用框架反序列化或者构建对象时，会假设从已存在的对象中重建，你期望使用反射来调用类的设置函数，
 * 或者更准确一点是能直接设置内部字段甚至是final字段的函数。问题是你想创建一个对象的实例，
 * 但你实际上又不需要构造函数，因为它可能会使问题更加困难而且会有副作用。
 *
 */
//调用allocateInstance函数避免了在我们不需要构造函数的时候却调用它
Data data = (Data) unsafe.allocateInstance(Data.class);
data.setId(1L);
data.setName("unsafe");
System.out.println(data);

//返回成员属性在内存中的地址相对于对象内存地址的偏移量
Field nameField = Data.class.getDeclaredField("name");
long fieldOffset = unsafe.objectFieldOffset(nameField);
//putLong，putInt，putDouble，putChar，putObject等方法，直接修改内存数据（可以越过访问权限）
unsafe.putObject(data,fieldOffset,"这是新的值");
System.out.println(data.getName());

/**
 * 我们可以在运行时创建一个类，比如从已编译的.class文件中。将类内容读取为字节数组，
 * 并正确地传递给defineClass方法；当你必须动态创建类，而现有代码中有一些代理， 这是很有用的
 */
File file = new File("C:\\workspace\\idea2\\disruptor\\target\\classes\\com\\onyx\\distruptor\\test\\Data.class");
FileInputStream input = new FileInputStream(file);
byte[] content = new byte[(int)file.length()];
input.read(content);
Class c = unsafe.defineClass(null, content, 0, content.length,null,null);
c.getMethod("getId").invoke(c.newInstance(), null);

/**
 * 内存操作
 * 可以在Java内存区域中分配内存（allocateMemory），设置内存（setMemory，用于初始化），
 * 在指定的内存位置中设置值（putInt\putBoolean\putDouble等基本类型）
 */
//分配一个8byte的内存
long address = unsafe.allocateMemory(8L);
//初始化内存填充1
unsafe.setMemory(address, 8L, (byte) 1);
//测试输出
System.out.println("add byte to memory:" + unsafe.getInt(address));
//设置0-3 4个byte为0x7fffffff
unsafe.putInt(address, 0x7fffffff);
//设置4-7 4个byte为0x80000000
unsafe.putInt(address + 4, 0x80000000);
//int占用4byte
System.out.println("add byte to memory:" + unsafe.getInt(address));
System.out.println("add byte to memory:" + unsafe.getInt(address + 4));

/**
 * CAS操作
 * Compare And Swap（比较并交换），当需要改变的值为期望的值时，那么就替换它为新的值，是原子
 * （不可在分割）的操作。很多并发框架底层都用到了CAS操作，CAS操作优势是无锁，可以减少线程切换耗费
 * 的时间，但CAS经常失败运行容易引起性能问题，也存在ABA问题。在Unsafe中包含compareAndSwapObject、
 * compareAndSwapInt、compareAndSwapLong三个方法，compareAndSwapInt的简单示例如下。
 */
Data data = new Data();
data.setId(1L);
Field id = data.getClass().getDeclaredField("id");
long l = unsafe.objectFieldOffset(id);
id.setAccessible(true);
//比较并交换，比如id的值如果是所期望的值1，那么就替换为2，否则不做处理
unsafe.compareAndSwapLong(data,1L,1L,2L);
System.out.println(data.getId());

/**
 * 常量获取
 *
 * 可以获取地址大小（addressSize），页大小（pageSize），基本类型数组的偏移量
 * （Unsafe.ARRAY_INT_BASE_OFFSET\Unsafe.ARRAY_BOOLEAN_BASE_OFFSET等）、
 * 基本类型数组内元素的间隔（Unsafe.ARRAY_INT_INDEX_SCALE\Unsafe.ARRAY_BOOLEAN_INDEX_SCALE等）
 */
//get os address size
System.out.println("address size is :" + unsafe.addressSize());
//get os page size
System.out.println("page size is :" + unsafe.pageSize());
//int array base offset
System.out.println("unsafe array int base offset:" + Unsafe.ARRAY_INT_BASE_OFFSET);

/**
 * 线程许可
 * 许可线程通过（park），或者让线程等待许可(unpark)，
 */
Thread packThread = new Thread(() -> {
    long startTime = System.currentTimeMillis();
    //纳秒，相对时间park
    unsafe.park(false,3000000000L);
    //毫秒，绝对时间park
    //unsafe.park(true,System.currentTimeMillis()+3000);
    System.out.println("main thread end,cost :"+(System.currentTimeMillis()-startTime)+"ms");
});
packThread.start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
//注释掉下一行后，线程3秒数后进行输出,否则在1秒后输出
unsafe.unpark(packThread);

/**
 * Java数组大小的最大值为Integer.MAX_VALUE。使用直接内存分配，我们创建的数组大小受限于堆大小；
 * 实际上，这是堆外内存（off-heap memory）技术，在java.nio包中部分可用；
 *
 * 这种方式的内存分配不在堆上，且不受GC管理，所以必须小心Unsafe.freeMemory()的使用。
 * 它也不执行任何边界检查，所以任何非法访问可能会导致JVM崩溃
 */
public class SuperArray {
    private static Unsafe unsafe = null;
    private static Field getUnsafe = null;
    static {
        try {
            getUnsafe = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
            getUnsafe.setAccessible(true);
            unsafe = (Unsafe) getUnsafe.get(null);
        } catch (NoSuchFieldException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    } 

    private final static int BYTE = 1;
    private long size;
    private long address;
    public SuperArray(long size) {
        this.size = size;
        address = unsafe.allocateMemory(size * BYTE);
    }

    public void set(long i, byte value) {
        unsafe.putByte(address + i * BYTE, value);
    }

    public int get(long idx) {
        return unsafe.getByte(address + idx * BYTE);
    }

    public long size() {
        return size;
    } 

    public static void main(String[] args) {
        long SUPER_SIZE = (long)Integer.MAX_VALUE * 2;
        SuperArray array = new SuperArray(SUPER_SIZE);
        System.out.println("Array size:" + array.size()); // 4294967294
        int sum=0;
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            array.set((long)Integer.MAX_VALUE + i, (byte)3);
            sum += array.get((long)Integer.MAX_VALUE + i);
        }
        System.out.println(sum);
    }
}

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持我们。