一篇看懂Java中的Unsafe类

我来详细讲解一下“一篇看懂Java中的Unsafe类”的攻略。

引言

Java中有一个名为Unsafe的类，这个类是用于开发JDK本身的工具，提供了一些底层操作。通常情况下，我们不应该使用Unsafe类。但是，如果你了解Unsafe类的使用方式，则会对理解JVM底层原理会有所帮助。接下来，我们来详细讲解它的使用方式。

获取Unsafe类实例

在Java中，我们无法直接创建Unsafe类的实例，因此需要使用反射来获取它的实例。我们可以使用以下代码来获取Unsafe类的实例：

import java.lang.reflect.Field;
import sun.misc.Unsafe;

public class UnsafeDemo {
  static Unsafe unsafe = null;

  static {
    try {
      Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
      f.setAccessible(true);
      unsafe = (Unsafe) f.get(null);
    } catch (Exception ex) {
      ex.printStackTrace();
    }
  }
}

操作对象和数组

Unsafe提供了一些方法，可以直接操作对象和数组的内存。比如我们可以使用objectFieldOffset()方法来获取对象中成员变量的内存地址，使用compareAndSwapInt()方法来原子更新一个整型变量的值。以下是一个用Unsafe类操作对象和数组的示例：

import java.lang.reflect.Field;
import sun.misc.Unsafe;

public class UnsafeDemo2 {
  public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException {
    Unsafe unsafe = getUnsafe();
    // 创建一个长度为8的int[]数组
    int[] arr = new int[8];

    long baseOffset = unsafe.arrayBaseOffset(int[].class);
    System.out.println("Base Offset: " + baseOffset);

    // 设置 arr[1]=10，对应地址为baseOffset+4
    unsafe.putInt(arr, baseOffset + 4, 10);
    // 获取 arr[1]的值并输出，应该输出10
    System.out.println("arr[1] = " + arr[1]);

    // 在arr[1]的位置原子更新一个值，如果当前值为10，则更新为20
    boolean result = unsafe.compareAndSwapInt(arr, baseOffset + 4, 10, 20);
    // 输出结果，应该为true
    System.out.println("result = " + result);
    // 输出arr[1]的值，应该输出20
    System.out.println("arr[1] = " + arr[1]);
  }

  /**
   * 获取Unsafe类实例
   *
   * @return Unsafe类实例
   */
  private static Unsafe getUnsafe() {
    try {
      Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
      field.setAccessible(true);
      return (Unsafe) field.get(null);
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }
    return null;
  }
}

该示例中，我们操作了一个int类型的数组，并使用Unsafe的arrayBaseOffset()方法来获取数组元素的偏移地址。我们首先将arr[1]的值设置为10，然后使用compareAndSwapInt()方法来原子更新arr[1]的值，将其从10更新为20。运行该示例，输出结果为：

Base Offset: 16
arr[1] = 10
result = true
arr[1] = 20

操作直接内存

除了能操作对象和数组内存之外，Unsafe还提供了操作直接内存的方法。直接内存是分配在堆外的一块内存，相比于普通的堆内存，它的分配和释放速度更快。以下是一个用Unsafe分配、释放直接内存的示例：

import sun.misc.Unsafe;

import java.lang.reflect.Field;
import java.nio.ByteBuffer;

public class DirectMemoryDemo {
  public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException {
    Unsafe unsafe = getUnsafe();
    // 分配1M内存
    long address = unsafe.allocateMemory(1024 * 1024);
    // 为该内存赋初始值
    unsafe.setMemory(address, 1024 * 1024, (byte) 0);

    // 将该内存地址转换为Java中的ByteBuffer对象
    ByteBuffer buffer = unsafe.allocateMemoryBuffer(address, 1024 * 1024);

    // 使用ByteBuffer来访问分配的直接内存
    buffer.put(0, (byte) 1);
    System.out.println(buffer.get(0));

    // 释放直接内存
    unsafe.freeMemory(address);
  }

  /**
   * 获取Unsafe类实例
   *
   * @return Unsafe类实例
   */
  private static Unsafe getUnsafe() {
    try {
      Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
      field.setAccessible(true);
      return (Unsafe) field.get(null);
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }
    return null;
  }
}

该示例中，我们使用Unsafe类的allocateMemory()方法来分配1M的直接内存，并使用setMemory()方法来对该内存进行初始化。然后，我们使用allocateMemoryBuffer()方法将直接内存地址转换为Java中的ByteBuffer对象，方便我们使用ByteBuffer类来访问该内存。最后，我们使用freeMemory()方法释放直接内存。运行该示例，输出结果为：

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总结

以上是关于Java中的Unsafe类的详细攻略，包括获取Unsafe类实例以及操作对象、数组、直接内存等方面的内容。尽管Unsafe类有很多强大的功能，但是它并不被Java官方推荐使用，因为使用不当会带来很大的安全风险。因此，在日常开发中我们不应该使用Unsafe类。