sun.misc.Unsafe的各类神技Unsafe

时间 2019-11-06

标签 sun.misc.unsafe sun misc unsafe 各类栏目 Java 繁體版

原文原文链接

1. sun.misc.Unsafe包

Unsafe类在jdk 源码的多个类中用到，这个类的提供了一些绕开JVM的更底层功能，基于它的实现能够提升效率。可是，它是一把双刃剑：正如它的名字所预示的那样，它是Unsafe的，它所分配的内存须要手动free（不被GC回收）。Unsafe类，提供了JNI某些功能的简单替代：确保高效性的同时，使事情变得更简单。html

这篇文章主要是如下文章的整理、翻译。java

http://mishadoff.com/blog/java-magic-part-4-sun-dot-misc-dot-unsafe/linux

1. Unsafe API的大部分方法都是native实现，它由105个方法组成，主要包括如下几类：windows

（1）Info相关。主要返回某些低级别的内存信息：addressSize(), pageSize()数组

（2）Objects相关。主要提供Object和它的域操纵方法：allocateInstance(),objectFieldOffset()并发

（3）Class相关。主要提供Class和它的静态域操纵方法：staticFieldOffset(),defineClass(),defineAnonymousClass(),ensureClassInitialized()框架

（4）Arrays相关。数组操纵方法：arrayBaseOffset(),arrayIndexScale()jvm

（5）Synchronization相关。主要提供低级别同步原语（如基于CPU的CAS（Compare-And-Swap）原语）：monitorEnter(),tryMonitorEnter(),monitorExit(),compareAndSwapInt(),putOrderedInt()函数

（6）Memory相关。直接内存访问方法（绕过JVM堆直接操纵本地内存）：allocateMemory(),copyMemory(),freeMemory(),getAddress(),getInt(),putInt()ui

2. 实例化私有类

正常状况下无法实例化一个私有构造函数的类，可是Unsafe能够作到。

import java.lang.reflect.Field;  
  
import sun.misc.Unsafe;  
  
public class UnsafePlayer {  
      
    public static void main(String[] args) throws Exception {    
    //经过反射实例化Unsafe  
        Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");  
        f.setAccessible(true);    
        Unsafe unsafe = (Unsafe) f.get(null);    
    
        //实例化Player  
        Player player = (Player) unsafe.allocateInstance(Player.class);   
        player.setName("li lei");  
        System.out.println(player.getName());  
          
    }    
}    
    
class Player{   
      
    private String name;  
      
    private Player(){}  
      
    public String getName() {  
        return name;  
    }  
    public void setName(String name) {  
        this.name = name;  
    }  
}

3. cas原子级操做&&经过内存偏移地址修改变量值

import java.lang.reflect.Field;  
  
import sun.misc.Unsafe;  
  
public class UnsafePlayer {  
      
    public static void main(String[] args) throws Exception {    
        //经过反射实例化Unsafe  
        Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");  
        f.setAccessible(true);    
        Unsafe unsafe = (Unsafe) f.get(null);    
    
        //实例化Player  
        Player player = (Player) unsafe.allocateInstance(Player.class);   
        player.setAge(18);  
        player.setName("li lei");  
        for(Field field:Player.class.getDeclaredFields()){  
            System.out.println(field.getName()+":对应的内存偏移地址"+unsafe.objectFieldOffset(field));  
        }  
        System.out.println("-------------------");  
          
        int ageOffset= 8;  
        //修改内存偏移地址为8的值（age）,返回true,说明经过内存偏移地址修改age的值成功  
        System.out.println(unsafe.compareAndSwapInt(player, ageOffset, 18, 20));  
        System.out.println("age修改后的值："+player.getAge());  
        System.out.println("-------------------");  
          
        //修改内存偏移地址为8的值，可是修改后不保证立马能被其余的线程看到。  
        unsafe.putOrderedInt(player, 8, 33);  
        System.out.println("age修改后的值："+player.getAge());  
        System.out.println("-------------------");  
          
        //修改内存偏移地址为12的值，volatile修饰，修改能立马对其余线程可见  
        unsafe.putObjectVolatile(player, 12, "han mei");  
        System.out.println("name修改后的值："+unsafe.getObjectVolatile(player, 12));  
    }    
}    
    
class Player{   
      
    private int age;  
      
    private String name;  
      
    private Player(){}  
      
    public String getName() {  
        return name;  
    }  
    public void setName(String name) {  
        this.name = name;  
    }  
  
    public int getAge() {  
        return age;  
    }  
  
    public void setAge(int age) {  
        this.age = age;  
    }  
      
}

3. 建立超级数组

java中数组的最大长度为Integer.MAX_VALUE，正常状况下若是想建立一个大于Integer.MAX_VALUE的数组是作不到的，可是Unsafe能够，经过对内存进行直接分配实现。

import java.lang.reflect.Field;  
  
import sun.misc.Unsafe;  
  
public class SuperArray {  
          
    public static void main(String[] arg) throws Exception{  
          
        //经过反射实例化Unsafe  
        Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");  
        f.setAccessible(true);    
         Unsafe unsafe = (Unsafe) f.get(null);    
          
         //只要内存够大，能够把这个调大，大于Integer.MAX_VALUE  
         long size = (long)Integer.MAX_VALUE/2 ;    
         long addr = unsafe.allocateMemory(size);  
         System.out.println("unsafe address :"+addr);  
           
         for (int i = 0; i < size; i++) {    
             unsafe.putByte(addr+i, (byte)6);   
             if(unsafe.getByte(addr+i) !=6){  
                 System.out.println("failed at offset");  
             }   
        }    
    }  
      
}

把size调大，size = (long)Integer.MAX_VALUE*2,错误信息以下。

unsafe address :15817328  
#  
# A fatal error has been detected by the Java Runtime Environment:  
#  
#  EXCEPTION_ACCESS_VIOLATION (0xc0000005) at pc=0x61cc0350, pid=31240, tid=31324  
#  
# JRE version: Java(TM) SE Runtime Environment (8.0_45-b14) (build 1.8.0_45-b14)  
# Java VM: Java HotSpot(TM) Client VM (25.45-b02 mixed mode windows-x86 )  
# Problematic frame:  
# V[thread 30484 also had an error]  
  [jvm.dll+0x40350]  
#  
# Failed to write core dump. Minidumps are not enabled by default on client versions of Windows  
#  
# An error report file with more information is saved as:  
# C:\welab\workspace\Person\hs_err_pid31240.log

4.线程挂起与恢复

将一个线程进行挂起是经过park方法实现的，调用 park后，线程将一直阻塞直到超时或者中断等条件出现。unpark能够终止一个挂起的线程，使其恢复正常。整个并发框架中对线程的挂起操做被封装在 LockSupport类中，LockSupport类中有各类版本pack方法，但最终都调用了Unsafe.park()方法。

public class LockSupport {    
  
    /** 
     * 恢复阻塞线程 
     */  
    public static void unpark(Thread thread) {    
        if (thread != null)    
            unsafe.unpark(thread);    
    }    
    
    /** 
     * 一直阻塞当前线程，调用Unsafe.park()方法 
     */  
    public static void park(Object blocker) {    
        Thread t = Thread.currentThread();    
        setBlocker(t, blocker);    
        unsafe.park(false, 0L);    
        setBlocker(t, null);    
    }    
    /** 
     * 阻塞当前线程nanos纳秒 
     */  
    public static void parkNanos(Object blocker, long nanos) {    
        if (nanos > 0) {    
            Thread t = Thread.currentThread();    
            setBlocker(t, blocker);    
            unsafe.park(false, nanos);    
            setBlocker(t, null);    
        }    
    }    
    
    public static void parkUntil(Object blocker, long deadline) {    
        Thread t = Thread.currentThread();    
        setBlocker(t, blocker);    
        unsafe.park(true, deadline);    
        setBlocker(t, null);    
    }    
    
    /** 
     * 一直阻塞当前线程 
     */  
    public static void park() {    
        unsafe.park(false, 0L);    
    }    
     
   /** 
     * 阻塞当前线程nanos纳秒 
     */  
    public static void parkNanos(long nanos) {    
        if (nanos > 0)    
            unsafe.park(false, nanos);    
    }    
    
    public static void parkUntil(long deadline) {    
        unsafe.park(true, deadline);    
    }    
}

最后看下阻塞和恢复的例子

import java.util.concurrent.locks.LockSupport;  
  
public class Lock {  
     
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
          
        ThreadPark threadPark = new ThreadPark();  
        threadPark.start();  
        ThreadUnPark threadUnPark = new ThreadUnPark(threadPark);  
        threadUnPark.start();  
        //等待threadUnPark执行成功  
        threadUnPark.join();  
        System.out.println("运行成功....");  
    }  
      
      
  static  class ThreadPark extends Thread{  
        
       public void run(){  
            System.out.println(Thread.currentThread() +"我将被阻塞在这了60s....");  
            //阻塞60s，单位纳秒  1s = 1000000000  
            LockSupport.parkNanos(1000000000l*60);  
              
            System.out.println(Thread.currentThread() +"我被恢复正常了....");  
       }  
   }  
     
  static  class ThreadUnPark extends Thread{  
      
       public Thread thread = null;  
         
       public ThreadUnPark(Thread thread){  
           this.thread = thread;  
       }  
       public void run(){  
             
            System.out.println("提早恢复阻塞线程ThreadPark");  
            //恢复阻塞线程  
            LockSupport.unpark(thread);  
          
       }  
   }  
}

参考：https://blog.csdn.net/dfdsggdgg/article/details/51543545

http://blog.csdn.net/fenglibing/article/details/17138079

https://www.cnblogs.com/suxuan/p/4948608.html

Java 9中将移除 Sun.misc.Unsafe，请谨慎使用。