java Unsafe操作主内存

前言

Unsafe可以用于获取成员字段在类实例中的偏移量，直接操作变量在主内存中的值等操作，是实现原子类的关键。

jdk示例

unsafe.objectFieldOffset(Field f)方法，获取成员变量地址偏移量

以jdk AtomicInteger类的具体实现为例，进行说明：

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {

    private static final longserialVersionUID = 6214790243416807050L;

    // 获取Unsafe实例
    private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
    
    private volatile int value;
    
    //value字段相对AtomicInteger对象内存地址的偏移量
    private static final longvalueOffset;

    static {
      try {
        //类初始化时，计算value字段相对AtomicInteger对象内存地址的偏移量量
        valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
            (AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
      } catch (Exception ex) { thrownew Error(ex); }
    }
    
}

unsafe.compareAndSwapInt 比较并修改主内存中对象字段的值

以jdk AtomicBoolean类的具体实现为例，进行说明：

//boolean类型在jvm中，使用int类型来表达的，占4字节
public class AtomicBoolean implements java.io.Serializable {
    
    public final boolean get() {
        return value != 0;
    }
    
    public final boolean compareAndSet(boolean expect, boolean update) { 
      int e = expect ? 1 : 0;  
      int u = update ? 1 : 0; 
      //this:修改当前对象,字段偏移量为valueOffset的值，其中expect为主内存中期望值，update为待更新值
      //如果与期望的值相等，则更新主内存该对象中字段值为update，并返回true
      //更新失败，则返回false
      return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, e, u);
    }  
    
}

根据字段偏移量获取实例中此字段的值

@Test
public void unsafeTest() {
    long offset = unsafe.objectFieldOffset(User.class.getDeclaredField("age")); 
    //获取int型值:getInt(),getObject(),getLong()等 
    Object obj = unsafe.getInt(this, offset);
    System.out.println(obj);  
}

获取Unsafe实例

/**import sun.misc.Unsafe;导入此包 
 * 反射获取该实例，还绕开了安全管理器的限制 
 */  
private static Unsafe getUnsafeInstance() throws SecurityException,  
    NoSuchFieldException, IllegalArgumentException, IllegalAccessException  
{  
    Field theUnsafeInstance = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");  
    theUnsafeInstance.setAccessible(true);
    
    //返回指定对象上此Field字段表示的值
    return (Unsafe) theUnsafeInstance.get(Unsafe.class);  
}

总结

Unsafe类提供了直接操作主内存(堆内存)的方法，但sun公司是通过安全管理器限制了直接获取Unsafe的，毕竟应用层直接操作主内存是不安全的，当然也是不允许的，由于篇幅有限，以上只是介绍了Unsafe类中比较常用的方法。