【Java】聊聊多线程中常用的Unsafe

Z时代
2024-01-10
分类：技术分享

聊聊多线程中常用的Unsafe

小强大人发布于今天 14:43

前言

看过JUC源码的同学对Unsafe应该都不陌生，很多JUC包下的类内部都是用它来实现的CAS操作，可见它的威力和重要性。为什么它的命名是“不安全”呢？因为它可以直接访问和操作底层内存资源，这对于程序员来说，如果过度或者不正确的使用Unsafe类，就变得不安全了。

如何获取它的实例？

我们先来看看它的内部结构：

public final class Unsafe {
private static final Unsafe theUnsafe;
private Unsafe() {
}
@CallerSensitive
public static Unsafe getUnsafe() {
// 获取调用方的Class
Class var0 = Reflection.getCallerClass();
// 判断调用方是否是引导类加载器加载的
if (!VM.isSystemDomainLoader(var0.getClassLoader())) {
throw new SecurityException("Unsafe");
} else {
return theUnsafe;
}
}}

可以看到，Unsafe类是单例的，那我们应用程序可以直接调用getUnsafe()方法拿到它的实例吗？不妨来试试看：

import sun.misc.Unsafe;
public class TryGetUnsafe {
public static void main(String[] args) {
Unsafe theUnsafe = Unsafe.getUnsafe();
System.out.println(theUnsafe.toString());
}}

运行结果如下：
【Java】聊聊多线程中常用的Unsafe
仔细看了getUnsafe()源码的同学，都不难理解为什么抛出这个异常，因为它有个安全控制，若调用方的Class不是引导类加载器所加载的，就会抛出异常SecurityException("Unsafe")，它是怎么判断是否引导类加载器加载的呢？代码也很简单：

public static boolean isSystemDomainLoader(ClassLoader var0) {
return var0 == null;}

回忆下类加载机制的双亲委派模型，最顶层就是引导类加载器，它是用C++语言实现的，不是Java的类，对应的ClassLoader实例就为null。
那如果我们应用程序就想拿到Unsafe实例，有什么办法吗？
方法有2种：
①从它的限制条件出发，让我们编写的应用程序所在的类被引导类加载器所加载即可，具体怎么做呢？
通过Java命令行命令-Xbootclasspath/a把调用Unsafe相关方法的类所在jar包路径追加到默认的bootstrap路径中，即：

java -Xbootclasspath/a: ${path}   // 其中path为调用Unsafe相关方法的类所在jar包路径

②强大的反射机制，直接上代码：

import sun.misc.Unsafe;
import java.lang.reflect.Field;
public class TryGetUnsafe {
public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
Field theUnsafeField = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
theUnsafeField.setAccessible(true);
Unsafe unsafe = (Unsafe)theUnsafeField.get(null);
System.out.println(unsafe.toString());
}}

运行结果如下：
【Java】聊聊多线程中常用的Unsafe
说明我们已经成功获取了Unsafe实例。

常用方法

public native long objectFieldOffset(Field field) ：获取指定的属性Field在所属类中的内存偏移地址。这个方法很多类都会使用到，如我另一篇文章ThreadLocalRandom讲到的源码：
【Java】聊聊多线程中常用的Unsafe
public final native boolean compareAndSwapLong(Object obj, long offset, long expect, long update)：比较对象obj中偏移量为offset的属性值，是否与预期值expect相等，如果相等就替换成update值，然后返回true，否则返回false。即我们常说的CAS底层实现。还有类似的方法compareAndSwapInt，compareAndSwapObject等。
public native long getLongVolatile(Object obj, long offset)：获取对象obj中偏移量为offset的属性对应volatile语义的值。
public native void putLongVolatile(Object obj, long offset, long value)：设置对象obj中偏移量为offset的属性值为value，这个操作同样也是带volatile语义的。
public final long getAndAddLong(Object obj, long offset, long addValue)：获取对象obj中偏移量为offset的属性值,并设置新值=旧值+addValue，注意返回的是旧值。这个方法没有native修饰符，是java写的，源码如下：

public final long getAndAddLong(Object obj, long offset, long addValue) {
long l;
do {
l = this.getLongVolatile(obj, offset);
} while(!this.compareAndSwapLong(obj, offset, l, l + addValue));
return l;}

public native int arrayBaseOffset(Class<?> arrayClass)：获取数组的第一个元素地址。
public native int arrayIndexScale(Class<?> arrayClass)：获取数组每个元素占用的字节数。
public native void park(boolean isAbsolute, long time)：阻塞当前线程，其中参数isAbsolute表示是否为绝对时间，isAbsolute为false且time为0时表示一直阻塞，time大于0表示等待time时间段后线程被唤醒，如果isAbsoluete为true，那time表示的是某个时间点的时间戳毫秒值。当其他线程调用unpark，且参数为此线程时，此线程就会被唤醒。其他线程调用interrupt方法时，同样也会唤醒。
public native void unpark(Object thread)：唤醒某个调用park方法的线程thread。
常用的方法就介绍这么多，其实还有很多其他方法，有兴趣的同学可以去翻看源码。

java

阅读 42更新于今天 14:47

本作品系原创，采用《署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0 国际》许可协议

avatar

小强大人

4 声望

1 粉丝

0 条评论

得票时间