【java】Java 1.8 Unsafe

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Unsafe 类在 sun.misc 包下，不属于Java标准。但是很多 Java 的基础类库，以及优秀的三方库都会用这个提升性能。

Unsafe 使用了单例模式，想使用 Unsafe 类就需要获取实例。由于安全限制，不能用一般的方法获取这个实例，通常都是使用反射获取

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public class UnsafeDemo {
  static sun.misc.Unsafe U;

  static {
    try {
      Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
      f.setAccessible(true);
      U = (Unsafe) f.get(null);
    } catch (Exception e) {
      throw new Error(e);
    }
  }
}

Unsafe 类几类功能：

内存管理

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long allocateMemory(long bytes)

向操作系统申请一块本地内存，大小为 bytes 字节，返回内存块的地址。本地内存是指不由 JVM 管理的内存，不会被 GC 管理。底层使用 malloc 实现

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long reallocateMemory(long address, long bytes)

resize 一块本地内存，address 是原内存地址， bytes 是新大小。如果 address 是 0，则内部用 allocateMemory 分配新内存；如果 bytes 是 0，则用 freeMemory 释放原内存。底层使用 realloc 实现。

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void freeMemory(long address)

释放由 allocateMemory 申请的内存，底层用 free 实现

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int pageSize()

返回一页内存的大小

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int addressSize()

返回一个指针的大小

内存操作

内存操作需要提供地址。UnSafe 需要地址的场合会需要两个参数 Object o, long offset

  • 如果 o 是 null， offset 将被视为具体的内存地址
  • 如果 o 非 null，offset 被为字段在对象或数组中的偏移。 o 和 offset 一起得到一个有效地址
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void setMemory(Object o, long offset, long bytes, byte value)

将一块内存设置为固定值

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void setMemory(long address, long bytes, byte value)

等价于 setMemory(null, address, bytes, value);

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void copyMemory(Object srcBase, long srcOffset, Object destBase, long destOffset, long bytes)

复制内存

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void copyMemory(long srcAddress, long destAddress, long bytes)

等价于 copyMemory(null, srcAddress, null, destAddress, bytes)

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T getT(Object o, long offset)
void putT(Object o, long offset, T x)

获取/设置一块内存的值，T 可以是 int、boolean、byte、short、char、long、float、double。

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Object getObject(Object o, long offset)
void putObject(Object o, long offset, Object x)

不需要 Object o 参数的版本，等价于 getT(null, address)

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T getTVolatile(Object o, long offset)
void putTVolatile(Object o, long offset, T x)

带 volatile 语义的 put / get

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long getAddress(Object o, long offset)

从指定地址获取一个内存指针

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void putAddress(Object o, long offset, long x)

将指针存到指定地址

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void putOrderedObject(Object o, long offset, Object x)
void putOrderedInt(Object o, long offset, int x)
void putOrderedLong(Object o, long offset, long x)

保证写后立即可见

计算类字段的内存偏移位置

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long staticFieldOffset(Field f)

返回一个静态字段的内存位置

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long objectFieldOffset(Field f)

返回一个指定字段的存储位置

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Object staticFieldBase(Field f)

返回一个静态字段的存储位置，是一个引用

非常规的对象实例化

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Object allocateInstance(Class<?> cls)

创建一个类实例，但不执行构造方法

数组操作

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int arrayBaseOffset(Class<?> arrayClass)

返回 arrayClass 类型数组的第 0 个元素到数组对象内存开始的偏移

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int arrayIndexScale(Class<?> arrayClass)

返回一个数组元素需要的长度大小

用法如下：

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int base = U.arrayBaseOffset(Integer[].class);
int scale = U.arrayIndexScale(Integer[].class);

final int SIZE = 4;
Integer [] a = new Integer[SIZE];
for (int i = 0 ; i < SIZE ; ++i) {
  // 与 a[i] = new Integer(i) 等价
  U.putOrderedObject(a, base + i * scale, new Integer(i));
}

for (int i = 0 ; i < SIZE ; ++i) {
  System.out.println(a[i]);
}

异常

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void throwException(Throwable e)

该方法抛出受检异常，但代码不必捕捉或重新抛出它，正如运行时异常一样

动态类

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

从字节码创建一个类

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

从字节码创建匿名类

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void ensureClassInitialized(Class<?> c)

加载类

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boolean shouldBeInitialized(Class<?> c)

检查类是否已加载

多线程同步

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void monitorEnter(Object obj)

锁定对象

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void monitorExit(Object obj)

释放锁

monitorEnter 和 monitorExit 的组合相当于 synchronized 关键字

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boolean tryMonitorEnter(Object obj)

尝试锁定对象

以上 3 个都是 @Deprecated 的方法

原子操作

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boolean compareAndSwapObject(Object o, long offset, Object expected, Object x)
boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset, int expected, int x)
boolean compareAndSwapLong(Object o, long offset, long expected, long x)

如果变量的值是 expected，则更新成 x，原子更新

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int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta)
long getAndAddLong(Object o, long offset, long delta)

原子加

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getAndSetInt(Object o, long offset, int newValue)
getAndSetLong(Object o, long offset, long newValue)
getAndSetObject(Object o, long offset, Object newValue)

原子地设置新值和返回旧值

挂起与恢复

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void park(boolean isAbsolute, long time)

暂停当前线程

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void unpark(Object thread)

通知线程恢复

JDK concurrent 包的锁大部分用这个实现

内存屏障

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void loadFence()

在该方法之前的所有读操作，一定在load屏障之前执行完成

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void storeFence()

在该方法之前的所有写操作，一定在store屏障之前执行完成

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void fullFence()

在该方法之前的所有读写操作，一定在 full 屏障之前执行完成，这个内存屏障相当于上面两个的合体功能