sun.misc.Unsafe的理解
前言
以下sun.misc.Unsafe源码和demo基于jdk1.7；
最近在看J.U.C里的源码，很多都用到了sun.misc.Unsafe这个类，一知半解，看起来总感觉有点不尽兴，所以打算对Unsafe的源码及使用做个分析；
另外，网上找了份c++的源代码natUnsafe.cc(可惜比较老，Copyright (C) 2006, 2007年的，没找到新的)，也就是sun.misc.Unsafe的C++实现，跟Unsafe类中的native方法对照起来看更加容易理解；
Unsafe类的作用
可以用来在任意内存地址位置处读写数据，可见，对于普通用户来说，使用起来还是比较危险的；
另外，还支持一些CAS原子操作；
获取Unsafe对象
遗憾的是，Unsafe对象不能直接通过new Unsafe()或调用Unsafe.getUnsafe()获取，原因如下：
*不能直接new Unsafe()，原因是Unsafe被设计成单例模式，构造方法是私有的；
*不能通过调用Unsafe.getUnsafe()获取，因为getUnsafe被设计成只能从引导类加载器（bootstrap class loader）加载，从getUnsafe的源码中也可以看出来，如下：
@CallerSensitive public static Unsafe getUnsafe() { //得到调用该方法的Class对象 Class cc = Reflection.getCallerClass(); //判断调用该方法的类是否是引导类加载器（bootstrap class loader） //如果不是的话，比如由AppClassLoader调用该方法，则抛出SecurityException异常 if (cc.getClassLoader() != null) throw new SecurityException("Unsafe"); //返回单例对象 return theUnsafe; }
虽然我们不能通过以上方法得到Unsafe对象，但得Unsafe类中有个私有的静态全局属性theUnsafe（Unsafe实例对象），通过反射，可以获取到该成员属性theUnsafe对应的Field对象，并将其设置为可访问，从而得到theUnsafe具体对象，如下代码：
package concurrency; import java.lang.reflect.Field; import sun.misc.Unsafe; import sun.reflect.Reflection; public class Test { public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, SecurityException, IllegalArgumentException, IllegalAccessException { // 通过反射得到theUnsafe对应的Field对象 Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); // 设置该Field为可访问 field.setAccessible(true); // 通过Field得到该Field对应的具体对象，传入null是因为该Field为static的 Unsafe unsafe = (Unsafe) field.get(null); System.out.println(unsafe); } }
Unsafe类中的API
allocateInstance方法，不调用构造方法生成对象
本地方法，功能是生成一个对象实例，但是不会运行该对象的构造方法；由于natUnsafe.cc版本较老，没找到对应的c++实现；
/** Allocate an instance but do not run any constructor. Initializes the class if it has not yet been. */ public native Object allocateInstance(Class cls) throws InstantiationException;
例子，利用Unsafe的allocateInstance方法，在未调用构造方法的情况下生成了对象：
package concurrency; import java.lang.reflect.Field; import sun.misc.Unsafe; import sun.reflect.Reflection; class User { private String name = ""; private int age = 0; public User() { this.name = "test"; this.age = 22; } @Override public String toString() { return name + ": " + age; } } public class Test { public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, SecurityException, IllegalArgumentException, IllegalAccessException, InstantiationException { // 通过反射得到theUnsafe对应的Field对象 Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); // 设置该Field为可访问 field.setAccessible(true); // 通过Field得到该Field对应的具体对象，传入null是因为该Field为static的 Unsafe unsafe = (Unsafe) field.get(null); User user = (User) unsafe.allocateInstance(User.class); System.out.println(user); //dont invoke constructor, print null: 0 User userFromNormal = new User(); System.out.println(userFromNormal); //print test: 22 } }
objectFieldOffset方法，返回成员属性在内存中的地址相对于对象内存地址的偏移量
比较简单，就是返回成员属性内存地址相对于对象内存地址的偏移量，通过该方法可以计算一个对象在内存中的空间大小，方法是通过反射得到它的所有Field(包括父类继承得到的)，找出Field中偏移量最大值，然后对该最大偏移值填充字节数即为对象大小；
关于该方法的使用例子可以看下面的修改内存数据的例子；
putLong，putInt，putDouble，putChar，putObject等方法，直接修改内存数据（可以越过访问权限）
这里，还有put对应的get方法，很简单就是直接读取内存地址处的数据，不做举例；
我们可以举个putLong(Object, long, long)方法详细看下其具体实现，其它的类似，先看Java的源码，没啥好看的，就声明了一个native本地方法：
三个参数说明下：
Object o//对象引用
long offset//对象内存地址的偏移量
long x//写入的数据
public native void putLong(Object o, long offset, long x);
还是看下natUnsafe.cc中的c++实现吧，很简单，就是计算要写入数据的内存地址，然后写入数据，如下：
void sun::misc::Unsafe::putLong (jobject obj, jlong offset, jlong value) { jlong *addr = (jlong *) ((char *) obj + offset);//计算要修改的数据的内存地址=对象地址+成员属性地址偏移量 spinlock lock;//自旋锁，通过循环来获取锁， i386处理器需要加锁访问64位数据，如果是int，则不需要改行代码 *addr = value;//往该内存地址位置直接写入数据 }
如下例子，即使User类的成员属性是私有的且没有提供对外的public方法，我们还是可以直接在它们的内存地址位置处写入数据，并成功；
package concurrency; import java.lang.reflect.Field; import sun.misc.Unsafe; import sun.reflect.Reflection; class User { private String name = "test"; private long id = 1; private int age = 2; private double height = 1.72; @Override public String toString() { return name + "," + id + "," + age + "," + height; } } public class Test { public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, SecurityException, IllegalArgumentException, IllegalAccessException, InstantiationException { // 通过反射得到theUnsafe对应的Field对象 Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); // 设置该Field为可访问 field.setAccessible(true); // 通过Field得到该Field对应的具体对象，传入null是因为该Field为static的 Unsafe unsafe = (Unsafe) field.get(null); User user = new User(); System.out.println(user); //打印test,1,2,1.72 Class userClass = user.getClass(); Field name = userClass.getDeclaredField("name"); Field id = userClass.getDeclaredField("id"); Field age = userClass.getDeclaredField("age"); Field height = userClass.getDeclaredField("height"); //直接往内存地址写数据 unsafe.putObject(user, unsafe.objectFieldOffset(name), "midified-name"); unsafe.putLong(user, unsafe.objectFieldOffset(id),100l); unsafe.putInt(user, unsafe.objectFieldOffset(age), 101); unsafe.putDouble(user, unsafe.objectFieldOffset(height), 100.1); System.out.println(user);//打印midified-name,100,101,100.1 } }
copyMemory、freeMemory
copyMemory：内存数据拷贝
freeMemory：用于释放allocateMemory和reallocateMemory申请的内存
CAS操作的方法，compareAndSwapInt，compareAndSwapLong等
看下natUnsafe.cc中的c++实现吧，加深理解，其实就是将内存值与预期值作比较，判断是否相等，相等的话，写入数据，不相等不做操作，返回旧数据；
static inline bool compareAndSwap (volatile jint *addr, jint old, jint new_val) { jboolean result = false; spinlock lock; if ((result = (*addr == old))) *addr = new_val; return result; }
J.U.C里原子类就是基于以上CAS操作实现的；
getLongVolatile/putLongVolatile等等方法
这类方法使用volatile语义去存取数据，我的理解就是各个线程不缓存数据，直接在内存中读取数据；
参考连接：
https://github.com/aeste/gcc/blob/master/libjava/sun/misc/natUnsafe.cc
http://ifeve.com/sun-misc-unsafe/
http://grepcode.com/file/repository.grepcode.com/java/root/jdk/openjdk/6-b14/sun/misc/Unsafe.java
