Java魔法类:Unsafe应用解析
前言
Unsafe是位于sun.misc包下的一个类,主要提供一些用于执行低级别、不安全操作的方法,如直接访问系统内存资源、自主管理内存资源等,这些方法在提升Java运行效率、增强Java语言底层资源操作能力方面起到了很大的作用。但由于Unsafe类使Java语言拥有了类似C语言指针一样操作内存空间的能力,这无疑也增加了程序发生相关指针问题的风险。在程序中过度、不正确使用Unsafe类会使得程序出错的概率变大,使得Java这种安全的语言变得不再“安全”,因此对Unsafe的使用一定要慎重。
注:本文对sun.misc.Unsafe公共API功能及相关应用场景进行介绍。
基本介绍
如下Unsafe源码所示,Unsafe类为一单例实现,提供静态方法getUnsafe获取Unsafe实例,当且仅当调用getUnsafe方法的类为引导类加载器所加载时才合法,否则抛出SecurityException异常。
public final class Unsafe {
// 单例对象
private static final Unsafe theUnsafe;
private Unsafe() {
}
@CallerSensitive
public static Unsafe getUnsafe() {
Class var0 = Reflection.getCallerClass();
// 仅在引导类加载器`BootstrapClassLoader`加载时才合法
if(!VM.isSystemDomainLoader(var0.getClassLoader())) {
throw new SecurityException("Unsafe");
} else {
return theUnsafe;
}
}
}
那如若想使用这个类,该如何获取其实例?有如下两个可行方案。
其一,从getUnsafe
方法的使用限制条件出发,通过Java命令行命令-Xbootclasspath/a
把调用Unsafe相关方法的类A所在jar包路径追加到默认的bootstrap路径中,使得A被引导类加载器加载,从而通过Unsafe.getUnsafe
方法安全的获取Unsafe实例。
java -Xbootclasspath/a: ${path} // 其中path为调用Unsafe相关方法的类所在jar包路径
其二,通过反射获取单例对象theUnsafe。
private static Unsafe reflectGetUnsafe() {
try {
Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
field.setAccessible(true);
return (Unsafe) field.get(null);
} catch (Exception e) {
log.error(e.getMessage(), e);
return null;
}
}
功能介绍
如上图所示,Unsafe提供的API大致可分为内存操作、CAS、Class相关、对象操作、线程调度、系统信息获取、内存屏障、数组操作等几类,下面将对其相关方法和应用场景进行详细介绍。
内存操作
这部分主要包含堆外内存的分配、拷贝、释放、给定地址值操作等方法。
//分配内存, 相当于C++的malloc函数
public native long allocateMemory(long bytes);
//扩充内存
public native long reallocateMemory(long address, long bytes);
//释放内存
public native void freeMemory(long address);
//在给定的内存块中设置值
public native void setMemory(Object o, long offset, long bytes, byte value);
//内存拷贝
public native void copyMemory(Object srcBase, long srcOffset, Object destBase, long destOffset, long bytes);
//获取给定地址值,忽略修饰限定符的访问限制。与此类似操作还有: getInt,getDouble,getLong,getChar等
public native Object getObject(Object o, long offset);
//为给定地址设置值,忽略修饰限定符的访问限制,与此类似操作还有: putInt,putDouble,putLong,putChar等
public native void putObject(Object o, long offset, Object x);
//获取给定地址的byte类型的值(当且仅当该内存地址为allocateMemory分配时,此方法结果为确定的)
public native byte getByte(long address);
//为给定地址设置byte类型的值(当且仅当该内存地址为allocateMemory分配时,此方法结果才是确定的)
public native