并发笔记-JUC之Unsafe类 - 麦奇

Java 不能直接访问操作系统底层，而是通过本地方法来访问。Unsafe 类提供了硬件级别的原子操作。Unsafe 类使用 private 修饰构造方法，只能使用他自己提供的一个 final 类来进行获取。

private static native void registerNatives();
static {
    registerNatives();
    sun.reflect.Reflection.registerMethodsToFilter(Unsafe.class, "getUnsafe");
}

private Unsafe() {}

private static final Unsafe theUnsafe = new Unsafe();
//获取unsafe实例的单例方法
@CallerSensitive
public static Unsafe getUnsafe() {
    Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
    //只有由主类加载器(BootStrap classLoader)加载的类才能调用这个类中的方法
    if (!VM.isSystemDomainLoader(caller.getClassLoader()))
        throw new SecurityException("Unsafe");
    return theUnsafe;
}

Unsafe 类提供 102 个 native 方法，主要包含类、对象、变量的管理（获取和修改），内存管理，线程管理，内存屏障等。

public static Unsafe getUnsafe() throws Exception{
    //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);
    return unsafe;
}

类、对象、变量管理

getObject

public native Object getObject(Object o, long offset);

该方法用于获取 Java 对象 o 中内存地址偏移量为 offerset 的对象。类似的方法还有 getInt()、getDouble 等。

Object o：引用对象
long offset：内存偏移量（偏移量是可以通过 objectFieldOffset 方法获取获取的）

public native long objectFieldOffset(Field f);
public native long staticFieldOffset(Field f);
public native int arrayBaseOffset(Class<?> arrayClass);

@Data
public class UnsafeTest {

//类占8位
    private int id;//占4位
    private String sex;//对象占4位
    private String name;//offset=20

public static Unsafe getUnsafe() throws Exception{
        //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);
        return unsafe;
    }

public static void main(String[] args) throws Exception {
        Unsafe unsafe = getUnsafe();
        UnsafeTest hello = new UnsafeTest();
        hello.name = "mikey";
        Field field = UnsafeTest.class.getDeclaredField("name");
        long offset = unsafe.objectFieldOffset(field);
        System.out.println("offset="+offset);
        Object name = unsafe.getObject(hello, offset);
        System.out.println(name);
    }
}

putObject

该方法用于修改 Java 对象 o 中内存地址偏移量为 offerset 的对象。类似的方法还有 putInt()、putDouble 等。

public native void putObject(Object o, long offset, Object x);

Object o：待更新的对象
long offset：对象熟悉的偏移地址
Object x：更新后的值

@Data
public class UnsafeTest {

//类占8位
    private int id;//占4位
    private String sex;//对象占4位
    private String name;//offset=20

public static Unsafe getUnsafe() throws Exception{
        //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);
        return unsafe;
    }

public static void main(String[] args) throws Exception {
        Unsafe unsafe = getUnsafe();
        UnsafeTest hello = new UnsafeTest();
        hello.name = "mikey";
        Field field = UnsafeTest.class.getDeclaredField("name");
        long offset = unsafe.objectFieldOffset(field);
        System.out.println("offset="+offset);
        Object name = unsafe.getObject(hello, offset);
        System.out.println(name);
        unsafe.putObject(hello,offset,"leo");
        System.out.println(hello.name);
    }
}

getObjectVolatile

getObjectVolatile 方法用于获取对象 o 带有 volatile 关键字修饰的属性，和 getObject 方法类似。

Object getObjectVolatile(Object o, long offset);

putObjectVolatile

putObjectVolatile 方法用于设置对象 o 带有 volatile 关键字修饰的属性，和 putObject 方法类似。

/**
* Stores a reference value into a given Java variable, with
* volatile store semantics. Otherwise identical to putObject(Object, long, Object)
*/
public native void    putObjectVolatile(Object o, long offset, Object x);

putOrderedObject

putObjectVolatile（Object，long，Object）的版本，不保证存储对其他线程的即时可见性。通常只有当底层字段是 volatile（或者如果是数组单元，则只能使用 volatile 访问）时，此方法才有用。

public native void    putOrderedObject(Object o, long offset, Object x);

获取偏移地址

public native long objectFieldOffset(Field f);//获取对象的字段（属性）偏移地址
public native long staticFieldOffset(Field f);//获取对象的静态字段（属性）偏移地址
public native int arrayBaseOffset(Class<?> arrayClass);//获取数组的字段（属性）偏移地址

defineClass

告诉 VM 定义一个类，而不进行安全检查。默认情况下类加载器和保护域来自调用方的类。

public native Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len, ClassLoader loader, ProtectionDomain protectionDomain);

defineAnonymousClass

定义一个类，但不要让类加载器或系统字典知道它。
对于每个 CP 条目，相应的 CP 修补程序必须为 null 或具有

*与标记匹配的 a 格式：

*Integer、Long、Float、Double：java 中相应的包装对象类型。朗

*Utf8：字符串（如果用作签名或名称，则必须具有合适的语法）

*类：任何 java。lang.类对象

*String：任何对象（不仅仅是 java.lang.String）

*InterfaceMethodRef：（NYI）在调用站点的参数上调用的方法句柄

*@用于链接、访问控制、保护域和类加载器的 params hostClass 上下文

*@类文件的 params 数据字节

cpPatches：如果存在非 null 条目，则替换数据中相应的 CP 条目

public native Class<?> defineAnonymousClass(Class<?> hostClass, byte[] data, Object[] cpPatches);

1、通过 Unsafe 类可以分配内存，可以释放内存；

类中提供的 3 个本地方法allocateMemory、reallocateMemory、freeMemory分别用于分配内存，扩充内存和释放内存，与 C 语言中的 3 个方法对应。

3、getObject
通过给定的 Java 变量获取引用值。这里实际上是获取一个 Java 对象 o 中，获取偏移地址（内存地址）为 offset 的属性的值，此方法可以突破修饰符的抑制，也就是无视 private、protected 和 default 修饰符。类似的方法有 getInt、getDouble 等等。

根据偏移量计算哪个值需要更改，一般一个 class 类默认开头占 8 个字节，然后每个 int 会占 4 个字节，这个偏移量一般为 12 或者 16 获取其它字节数字段，偏移量的获取一般使用 objectFieldOffset(Field var1)默认方法获取，然后进行值得更改。

4、CAS（compareAndSwapObject 比较并交换）

public final native boolean compareAndSwapObject(Object o, long offset, Object expected, Object x);

针对 Object 对象进行 CAS 操作。即是对应 Java 变量引用 o，原子性地更新 o 中偏移地址为 offset 的属性的值为 x，当且仅的偏移地址为 offset 的属性的当前值为 expected 才会更新成功返回 true，否则返回 false。

• o：目标 Java 变量引用。
• offset：目标 Java 变量中的目标属性的偏移地址。
• expected：目标 Java 变量中的目标属性的期望的当前值。
• x：目标 Java 变量中的目标属性的目标更新值。

类似的方法有compareAndSwapInt和compareAndSwapLong，在 Jdk8 中基于 CAS 扩展出来的方法有getAndAddInt、getAndAddLong、getAndSetInt、getAndSetLong、getAndSetObject，它们的作用都是：通过 CAS 设置新的值，返回旧的值。

https://www.cnblogs.com/throwable/p/9139947.html
http://mishadoff.com/blog/java-magic-part-4-sun-dot-misc-dot-unsafe/