Java Unsafe学习笔记分享

下面是关于“Java Unsafe学习笔记分享”的完整攻略：

什么是Java Unsafe

Java Unsafe是一个神奇的类，由于它可以直接操作JVM内存，所以被称为“不安全”类。它提供了强大的内存操作能力，其中包括：

• 直接操作内存；
• 获取对象、字段以及数组的偏移量；
• 绕过访问修饰符，访问私有方法和属性；
• 其他一些低层级的操作。

由于Unsafe存在一定的风险和危险性，所以在使用时必须非常小心并严格遵循相关的安全规范。

使用Java Unsafe

1. 获取Unsafe实例

要使用Unsafe，首先必须要获取到它的实例。这可以通过反射来实现，代码如下所示：

Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
field.setAccessible(true);
Unsafe unsafe = (Unsafe) field.get(null);

2. 操作对象

对于对象操作，Java Unsafe提供了以下方法：

• allocateInstance(Class clazz)：创建一个对象，但不调用其构造方法，可以绕过访问修饰符。

例如：

class Test {
    private int i;
}
Test test = (Test) unsafe.allocateInstance(Test.class);

• objectFieldOffset(Field field)：获取指定字段相对于对象头的偏移量。

例如：

class Test {
    private int i;
}
long offset = unsafe.objectFieldOffset(Test.class.getDeclaredField("i"));

• compareAndSwapInt(Object obj, long offset, int expect, int update)：比较指定对象的指定字段的值和期望值，如果相同则将其修改为新的值。

例如：

class Test {
    private volatile int i;
}
Test test = new Test();
long offset = unsafe.objectFieldOffset(Test.class.getDeclaredField("i"));
boolean success = unsafe.compareAndSwapInt(test, offset, 0, 1);

3. 操作数组

对于数组操作，Java Unsafe提供了以下方法：

• arrayBaseOffset(Class<?> clazz)：获取数组中第一个元素的偏移量。
• arrayIndexScale(Class<?> clazz)：获取数组中每个元素的大小，用于计算某个元素的偏移量。
• getInt(Object array, long index)：获取指定索引处的数组元素的值。
• putInt(Object array, long index, int value)：设置指定索引处的数组元素的值。

例如：

int[] arr = new int[]{1, 2, 3, 4, 5};
long baseOffset = unsafe.arrayBaseOffset(int[].class);
long indexOffset = baseOffset + (2 * unsafe.arrayIndexScale(int[].class));
unsafe.putInt(arr, indexOffset, 99);

4. 操作内存

对于内存操作，Java Unsafe提供了以下方法：

• allocateMemory(long bytes)：分配指定大小的内存。
• setMemory(long address, long bytes, byte value)：将指定范围内的内存设置为指定的值。
• freeMemory(long address)：释放已分配的内存。
• putInt(long address, int value)：将指定地址处的内存设置为指定的值。
• getInt(long address)：获取指定地址处的内存的值。

例如：

long address = unsafe.allocateMemory(4);
unsafe.putInt(address, 1);
int result = unsafe.getInt(address);
unsafe.freeMemory(address);

示例说明

以下是一些Java Unsafe的示例，帮助大家更好地理解它的使用方法：

示例1：获取某个对象的大小

通过Unsafe可以获取某个对象在内存中的大小，代码如下所示：

class Test {
    private int i;
    private long l;
}
Test test = new Test();
long objectSize = unsafe.getAddress(0L) - unsafe.getAddress(test);

示例2：绕过字符串不可变性

通过Unsafe可以绕过字符串不可变性，修改其值。代码如下所示：

String s = "Hello, World!";
Field field = String.class.getDeclaredField("value");
field.setAccessible(true);
char[] value = (char[])field.get(s);
value[7] = 'W';
value[8] = 'o';
value[9] = 'r';
value[10] = 'l';
value[11] = 'd';
System.out.println(s);

总结

Java Unsafe是一个强大的工具，但它也是一个危险的工具，需要非常小心使用。只有在必要的情况下才应该使用Unsafe，并且一定要遵循相关的安全规范。