廢話
個人理解:java 出現的原因之一,就是對內存的管理;在c/c++,內存可以隨心使用,超高的性能也伴有極高的風險;java極大的規避了這種風險,卻也降低了程序運行的性能;那么java是否提供直接操作內存的方法呢?當然:Unsafe 類就是java提供的,對系統硬件級別的底層操作;
1,Unsafe 的獲取方法:
Unsafe 位於sun.misc包下,通常eclipse限制了對該類的直接使用,並且也不能通過Unsafe提供的getUnsafe() 方法獲取到該類的實例,因為你的類不被該類所信任;具體到源碼:
@CallerSensitive public static Unsafe getUnsafe() { Class var0 = Reflection.getCallerClass(); if (!VM.isSystemDomainLoader(var0.getClassLoader())) { throw new SecurityException("Unsafe"); } else { return theUnsafe; } }
在方法上有一個@CallerSensitive注解,該注解表示該方法的調用,需要調用者被該方法信任;那么怎么獲取到Unsafe的實例呢?解決方法如下:
利用反射機制 ,Unsafe中有一個字段名為“theUnsafe”,該字段保存有一個Unsafe的實例,只要獲取在該字段上的Unsafe實例就好了,代碼如下:
@SuppressWarnings("restriction") static private sun.misc.Unsafe getUnsafe() throws IllegalArgumentException, IllegalAccessException { Class<?> cls = sun.misc.Unsafe.class; Field[] fields = cls.getDeclaredFields(); for(Field f : fields) { if("theUnsafe".equals(f.getName())) { f.setAccessible(true); return (sun.misc.Unsafe) f.get(null); } } throw new IllegalAccessException("no declared field: theUnsafe"); }
2,Unsafe 獲取對象字段偏移量,及修改偏移量對應字段的值,代碼如下:
import java.lang.reflect.Field;public class TestUnsafe { static private int number = 5; private String c; @SuppressWarnings({ "restriction" }) public static void main(String[] args) throws Throwable { TestUnsafe t = new TestUnsafe(); sun.misc.Unsafe unsafe = getUnsafe(); //對象的操作 //1,獲取對象的字段相對該對象地址的偏移量; //1.1 靜態字段獲取 ;說明:靜態字段的偏移量相對於該類的內存地址,即相對於 className.class 返回的對象; long staticFieldOffset = unsafe.staticFieldOffset(TestUnsafe.class.getDeclaredField("number"));
//1.2 非靜態字段 ;說明:該偏移量相對於該類的實例化對象的內存地址,即 new 返回的對象; 這里相對於上面實例化的 t對象 long unstaticFieldOffset = unsafe.objectFieldOffset(TestUnsafe.class.getDeclaredField("c")); System.out.println("靜態變量相對於類內存地址的偏移量 = " + staticFieldOffset); System.out.println("非靜態變量相對於實例化對象的偏移量 = " + unstaticFieldOffset); //修改對象字段的值; //1.3 修改非基本數據類型的值,使用:putObject(object , offset , value); 這里修改 實例化對象t對應偏移地址字段的值; unsafe.putObject(t, unstaticFieldOffset, "b"); //1.3 修改基本數據類型的值,使用對應類型的put方法,如:int 使用 putInt(object , offset , value); unsafe.putInt(TestUnsafe.class, staticFieldOffset, 4); System.out.println("靜態變量被修改后的值 = " + TestUnsafe.number); System.out.println("非靜態變量被修改后的值 = " + t.c); }
//利用反射獲取Unsafe的實例 @SuppressWarnings("restriction") static private sun.misc.Unsafe getUnsafe() throws IllegalArgumentException, IllegalAccessException { Class<?> cls = sun.misc.Unsafe.class; Field[] fields = cls.getDeclaredFields(); for(Field f : fields) { if("theUnsafe".equals(f.getName())) { f.setAccessible(true); return (sun.misc.Unsafe) f.get(null); } } throw new IllegalAccessException("no declared field: theUnsafe"); } }
3,Unsafe 內存的使用:申請allocateMemory(long)、擴展reallocateMemory(long,long)、銷毀freeMemory(long)、插入值putXXX()、獲取值getXXX(),示例代碼如下:
//內存使用 //說明:該內存的使用將直接脫離jvm,gc將無法管理以下方式申請的內存,以用於一定要手動釋放內存,避免內存溢出; //2.1 向本地系統申請一塊內存地址; 使用方法allocateMemory(long capacity) ,該方法將返回內存地址的起始地址 long address = unsafe.allocateMemory(8); System.out.println("allocate memory address = " + address); //2.2 向內存地址中設置值; //2.2 說明: 基本數據類型的值的添加,使用對應put數據類型方法,如:添加byte類型的值,使用:putByte(內存地址 , 值); unsafe.putByte(address, (byte)1); //2.2 添加非基本數據類型的值,使用putObject(值類型的類類型 , 內存地址 , 值對象); unsafe.putObject(Hello.class, address+2, new Hello()); //2.3 從給定的內存地址中取出值, 同存入方法基本類似,基本數據類型使用getXX(地址) ,object類型使用getObject(類類型,地址); byte b = unsafe.getByte(address); System.out.println(b); //2.3 獲取object類型值 Hello h = (Hello) unsafe.getObject(Hello.class, address+2); System.out.println(h); //2.4 重新分配內存 reallocateMemory(內存地址 ,大小) , 該方法說明 :該方法將釋放掉給定內存地址所使用的內存,並重新申請給定大小的內存; // 注意: 會釋放掉原有內存地址 ,但已經獲取並保存的值任然可使用,原因:個人理解:使用unsafe.getXXX方法獲取的是該內存地址的值, //並把值賦值給左邊對象,這個過程相當於是一個copy過程--- 將系統內存的值 copy 到jvm 管理的內存中; long newAddress = unsafe.reallocateMemory(address, 32); System.out.println("new address = "+ newAddress); //再次調用,內存地址的值已丟失; 被保持與jvm中的對象值不被丟失; System.out.println("local memory value =" + unsafe.getByte(address) + " jvm memory value = "+ b); //2.5 使用申請過的內存; //說明: 該方法同reallocateMemory 釋放內存的原理一般; unsafe.freeMemory(newAddress); //2.5 put 方法額外說明 //putXXX() 方法中存在於這樣的重載: putXXX(XXX ,long , XXX) ,如:putInt(Integer ,long , Integer) 或者 putObject(Object ,long ,Object) //個人理解 : 第一個參數相當於作用域,即:第三個參數所代表的值,將被存儲在該域下的給定內存地址中;(此處疑惑: //如果unsafe是從操作系統中直接獲取的內存地址,那么該地址應該唯一,重復在該地址存儲數據,后者應該覆蓋前者,但是並沒有;應該是jvm有特殊處理,暫未研究深入,所以暫時理解為域;) //以下示例可以說明,使用allocateMemory申請的同一地址,並插入不同對象所表示的值,后面插入的值並沒有覆蓋前面插入的值; // long taddress = unsafe.allocateMemory(1); Hello l = new Hello("l"); Hello l1 = new Hello("l1"); unsafe.putObject(l, taddress, l); System.out.println(unsafe.getObject(l, taddress)); unsafe.putObject(l1, taddress, l1); System.out.println(unsafe.getObject(l1, taddress)); System.out.println(unsafe.getObject(l, taddress)); unsafe.putObject(Hello.class, taddress, new Hello("33")); System.out.println(unsafe.getObject(Hello.class, taddress)); unsafe.freeMemory(taddress);
重要的事情說n遍::::Unsafe申請的內存的使用將直接脫離jvm,gc將無法管理Unsafe申請的內存,所以使用之后一定要手動釋放內存,避免內存溢出!!!
4,CAS 操作(CAS,compare and swap的縮寫,意:比較和交換):硬件級別的原子性更新變量;在Unsafe 中主要有三個方法:CompareAndSwapInt() ,CompareAndSwapLong() ,CompareAndSwapObject();具體操作,代碼如下:
//3.0關於並發對變量的原子操作,請查看其它資料;unsafe 提供硬件級別的原子操作CAS方法,如:compareAndSwapInt(Object ,long ,int ,int) //說明: 第一個參數:需要更新的對象;第二個參數:偏移地址; 第三個對象:預期在該偏移地址上的當前值,即:getInt(obj,偏移地址) == 預期值; 第四個參數:需要更新的值 //此類方法,當且僅當當前偏移量的值等於預期值時,才更新為給定值;否則不做任何改變; //compareAndSwapObject 和 compareAndSwapLong 與下述示例類似; long offset = unsafe.allocateMemory(1);
unsafe.putInt(Integer.class, offset, 1);
System.out.println(unsafe.getInt(Integer.class, offset));
boolean updateState = unsafe.compareAndSwapInt(Integer.class, offset, 1, 5); System.out.println("update state = "+ updateState +" ; value = " + unsafe.getInt(Integer.class,offset)); unsafe.freeMemory(offset);
5,線程掛起和恢復,part()、unpart(),代碼如下:
//4.1 unsafe提供線程掛起和恢復的原語; /* 掛起線程,方法如下 * part(boolean abs,long timeout) * 方法說明:將當前線程掛起,直到當期時間“到達”(1)timeout描述的時間點,或者等待線程中斷或unpark; * (1):注意:這里使用的是到達,即給定的timeout時間是一個時間點,該時間點從1970計數開始; * 參數說明: * abs 為false 時,表示timeout以納秒為單位 ;當為false是,可設置timeout為0,表示永遠掛起,直到interrupt 或則 unpart * abs 為true 時,表示timeout以毫秒為單位;注意,經測試在abs為true時,將timeout設置為0,線程會立即返回; * timeout : 指定線程掛起到某個時間點,該時間點從1970計數開始; */ //ex1 : Thread thread = new Thread(()->{ unsafe.park(false, 0);//永遠掛起 }); thread.start(); /* * 4.2 恢復線程,方法如下: * unpark(Object thread); * 方法說明: 給與傳入對象一個運行的許可,即將給定的線程從掛起狀態恢復到運行狀態; * 參數說明:thread :通常是一個線程對象; * 特殊說明:unpark 可以在park之前使用,但不論在park方法之前,進行了多少次的調用unpark方法,對於作為參數的thread線程始終將只獲得一個運行許可; * 即:當park方法調用時,檢測到該線程存在一個運行許可,park方法也會立即返回;這種方式在多線程中雖然很靈活,相對於notify/wait的方式,但不建議如此使用; */ //ex2: unsafe.unpark(thread);//恢復線程