【Java深入研究】8、Java中Unsafe類詳解


java不能直接訪問操作系統底層,而是通過本地方法來訪問。Unsafe類提供了硬件級別的原子操作,主要提供了以下功能:

1、通過Unsafe類可以分配內存,可以釋放內存;

類中提供的3個本地方法allocateMemory、reallocateMemory、freeMemory分別用於分配內存,擴充內存和釋放內存,與C語言中的3個方法對應。

public native long allocateMemory(long l);
public native long reallocateMemory(long l, long l1);
public native void freeMemory(long l);
2、可以定位對象某字段的內存位置,也可以修改對象的字段值,即使它是私有的;

字段的定位:

JAVA中對象的字段的定位可能通過staticFieldOffset方法實現,該方法返回給定field的內存地址偏移量,這個值對於給定的filed是唯一的且是固定不變的。

getIntVolatile方法獲取對象中offset偏移地址對應的整型field的值,支持volatile load語義。

getLong方法獲取對象中offset偏移地址對應的long型field的值

數組元素定位:

Unsafe類中有很多以BASE_OFFSET結尾的常量,比如ARRAY_INT_BASE_OFFSET,ARRAY_BYTE_BASE_OFFSET等,這些常量值是通過arrayBaseOffset方法得到的。arrayBaseOffset方法是一個本地方法,可以獲取數組第一個元素的偏移地址。Unsafe類中還有很多以INDEX_SCALE結尾的常量,比如 ARRAY_INT_INDEX_SCALE , ARRAY_BYTE_INDEX_SCALE等,這些常量值是通過arrayIndexScale方法得到的。arrayIndexScale方法也是一個本地方法,可以獲取數組的轉換因子,也就是數組中元素的增量地址。將arrayBaseOffset與arrayIndexScale配合使用,可以定位數組中每個元素在內存中的位置。

Arrays和Java別的對象一樣,都有一個對象頭,它是存儲在實際的數據前面的。這個頭的長度可以通過unsafe.arrayBaseOffset(T[].class)方法來獲取到,這里T是數組元素的類型。數組元素的大小可以通過unsafe.arrayIndexScale(T[].class) 方法獲取到。這也就是說要訪問類型為T的第N個元素的話,你的偏移量offset應該是arrayOffset+N*arrayScale。

復制代碼
public final class Unsafe {
    public static final int ARRAY_INT_BASE_OFFSET;
    public static final int ARRAY_INT_INDEX_SCALE;

    public native long staticFieldOffset(Field field);
    public native int getIntVolatile(Object obj, long l);
    public native long getLong(Object obj, long l);
    public native int arrayBaseOffset(Class class1);
    public native int arrayIndexScale(Class class1);

    static 
    {
        ARRAY_INT_BASE_OFFSET = theUnsafe.arrayBaseOffset([I);
        ARRAY_INT_INDEX_SCALE = theUnsafe.arrayIndexScale([I);
    }
}
復制代碼
3、掛起與恢復

將一個線程進行掛起是通過park方法實現的,調用 park后,線程將一直阻塞直到超時或者中斷等條件出現。unpark可以終止一個掛起的線程,使其恢復正常。整個並發框架中對線程的掛起操作被封裝在 LockSupport類中,LockSupport類中有各種版本pack方法,但最終都調用了Unsafe.park()方法。

復制代碼
public class LockSupport {
    public static void unpark(Thread thread) {
        if (thread != null)
            unsafe.unpark(thread);
    }

    public static void park(Object blocker) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        setBlocker(t, blocker);
        unsafe.park(false, 0L);
        setBlocker(t, null);
    }

    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);
    }

    public static void park() {
        unsafe.park(false, 0L);
    }

    public static void parkNanos(long nanos) {
        if (nanos > 0)
            unsafe.park(false, nanos);
    }

    public static void parkUntil(long deadline) {
        unsafe.park(true, deadline);
    }
}
復制代碼

4、CAS操作

是通過compareAndSwapXXX方法實現的

復制代碼
/**
* 比較obj的offset處內存位置中的值和期望的值,如果相同則更新。此更新是不可中斷的。
* 
* @param obj 需要更新的對象
* @param offset obj中整型field的偏移量
* @param expect 希望field中存在的值
* @param update 如果期望值expect與field的當前值相同,設置filed的值為這個新值
* @return 如果field的值被更改返回true
*/
public native boolean compareAndSwapInt(Object obj, long offset, int expect, int update);
復制代碼

CAS操作有3個操作數,內存值M,預期值E,新值U,如果M==E,則將內存值修改為B,否則啥都不做。


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