Unsafe

Unsafe类在jdk源码的多个类中用到,这个类的提供了一些绕开JVM的更底层功能,基于它的实现可以提高效率。 但是,它是一把双刃剑:正如它的名字所预示的那样,它是Unsafe的,它所分配的内存需要手动free(不被GC回收)。 Unsafe类,提供了JNI某些功能的简单替代:确保高效性的同时,使事情变得更简单。 更多信息请前往API查看 本文参考地址

API

Unsafe API的大部分方法都是native实现,它由105个方法组成,主要包括以下几类

属性

属性名 属性值
INVALID_FIELD_OFFSET -1
ARRAY_BOOLEAN_BASE_OFFSET Unsafe.arrayBaseOffset(boolean[].class)
ARRAY_BYTE_BASE_OFFSET Unsafe.arrayBaseOffset(byte[].class)
ARRAY_SHORT_BASE_OFFSET Unsafe.arrayBaseOffset(short[].class)
ARRAY_CHAR_BASE_OFFSET Unsafe.arrayBaseOffset(char[].class)
ARRAY_INT_BASE_OFFSET Unsafe.arrayBaseOffset(int[].class)
ARRAY_LONG_BASE_OFFSET Unsafe.arrayBaseOffset(long[].class)
ARRAY_FLOAT_BASE_OFFSET Unsafe.arrayBaseOffset(float[].class)
ARRAY_DOUBLE_BASE_OFFSET Unsafe.arrayBaseOffset(double[].class)
ARRAY_OBJECT_BASE_OFFSET Unsafe.arrayBaseOffset(Object[].class)
ARRAY_BOOLEAN_INDEX_SCALE Unsafe.arrayIndexScale(boolean[].class)
ARRAY_BYTE_INDEX_SCALE Unsafe.arrayIndexScale(byte[].class)
ARRAY_SHORT_INDEX_SCALE Unsafe.arrayIndexScale(short[].class)
ARRAY_CHAR_INDEX_SCALE Unsafe.arrayIndexScale(char[].class)
ARRAY_INT_INDEX_SCALE Unsafe.arrayIndexScale(int[].class)
ARRAY_LONG_INDEX_SCALE Unsafe.arrayIndexScale(long[].class)
ARRAY_FLOAT_INDEX_SCALE Unsafe.arrayIndexScale(float[].class)
ARRAY_DOUBLE_INDEX_SCALE Unsafe.arrayIndexScale(double[].class)
ARRAY_OBJECT_INDEX_SCALE Unsafe.arrayIndexScale(Object[].class)
ADDRESS_SIZE Unsafe.addressSize()

Info

获得某些低级别的内存信息

int addressSize()

返回内存地址长度4或者8字节 取决于jvm内存多少 如果堆大于32G则为8字节 小一点的堆则为4字节

int pageSize()

内存页字节大小

Objects

提供Object和它的Field操纵方法

Object allocateInstance(Class cls)

绕过构造方法直接初始化实例对象且不会初始化属性 对象类型属性为null 基本类型为默认值

Class

提供Class和它的静态Field操纵方法

defineAnonymousClass(Class hostClass, byte[] data, Object[] cpPatches)

定义一个匿名内部类 ClassLoader并不知道该类的存在

Class defineClass(String name, byte[] b, int off, int len, ClassLoader loader, ProtectionDomain protectionDomain)

定义一个Class跳过安全检查

void ensureClassInitialized(Class c)

确保Class已经初始化

int fieldOffset(Field f)

Deprecated 获得一个字段的偏移量
使用staticFieldOffset和objectFieldOffset代替

byte getByte(long address)

获得内存地址指向的byte
该类型方法表示获得给定内存地址指向的数据 对应的除了boolean、Object还有

  • char getChar(long address)
  • double getDouble(long address)
  • float getFloat(long address)
  • int getInt(long address)
  • long getLong(long address)
  • short getShort(long address)

void putByte(long address, byte x)

设置内存地址address指向的byte为x
该类型方法表示设置内存地址address指向的数据为x 对应的除了boolean、Object还有

  • void putChar(long address, char x)
  • void putDouble(long address, double x)
  • void putFloat(long address, float x)
  • void putInt(long address, int x)
  • void putLong(long address, long x)
  • void putShort(long address, short x)

byte getByte(Object o, long offset)

获得给定对象内存地址偏移量为offset的byte
该类型方法表示获得给定对象内存地址偏移量为offset的数据

  • boolean getBoolean(Object o, long offset)
  • char getChar(Object o, long offset)
  • double getDouble(Object o, long offset)
  • float getFloat(Object o, long offset)
  • int getInt(Object o, long offset)
  • long getLong(Object o, long offset)
  • Object getObject(Object o, long offset)
  • short getShort(Object o, long offset)

void putByte(Object o, long offset, byte x)

设置对象o内存地址偏移量offset指向的byte为x
该类型方法表示设置对象o内存地址偏移量offset指向的数据为x

  • void putBoolean(Object o, long offset, boolean x)
  • void putChar(Object o, long offset, char x)
  • void putDouble(Object o, long offset, double x)
  • void putFloat(Object o, long offset, float x)
  • void putInt(Object o, long offset, int x)
  • void putLong(Object o, long offset, long x)
  • void putObject(Object o, long offset, Object x)
  • void putShort(Object o, long offset, short x)

byte getByte(Object o, int offset)

Deprecated 获得给定对象内存地址偏移量为offset的byte
该类型方法表示获得给定对象内存地址偏移量为offset的数据

  • boolean getBoolean(Object o, int offset)
  • char getChar(Object o, int offset)
  • double getDouble(Object o, int offset)
  • float getFloat(Object o, int offset)
  • int getInt(Object o, int offset)
  • long getLong(Object o, int offset)
  • Object getObject(Object o, int offset)
  • short getShort(Object o, int offset)

void putByte(Object o, int offset, byte x)

Deprecated 设置对象o内存地址偏移量offset指向的byte为x

  • void putBoolean(Object o, int offset, boolean x)
  • void putChar(Object o, int offset, char x)
  • void putDouble(Object o, int offset, double x)
  • void putFloat(Object o, int offset, float x)
  • void putInt(Object o, int offset, int x)
  • void putLong(Object o, int offset, long x)
  • void putObject(Object o, int offset, Object x)
  • void putShort(Object o, int offset, short x)

byte getByteVolatile(Object o, long offset)

获得给定对象内存地址偏移量为offset的byte 并支持volatile语义

  • boolean getBooleanVolatile(Object o, int offset)
  • char getCharVolatile(Object o, int offset)
  • double getDoubleVolatile(Object o, int offset)
  • float getFloatVolatile(Object o, int offset)
  • int getIntVolatile(Object o, int offset)
  • long getLongVolatile(Object o, int offset)
  • Object getObjectVolatile(Object o, int offset)
  • short getShortVolatile(Object o, int offset)

void putByteVolatile(Object o, long offset, byte x)

设置对象o内存地址偏移量offset指向的byte为x 并支持volatile语义

  • void putBooleanVolatile(Object o, long offset, boolean x)
  • void putCharVolatile(Object o, long offset, char x)
  • void putDoubleVolatile(Object o, long offset, double x)
  • void putFloatVolatile(Object o, long offset, float x)
  • void putIntVolatile(Object o, long offset, int x)
  • void putLongVolatile(Object o, long offset, long x)
  • void putObjectVolatile(Object o, long offset, Object x)
  • void putShortVolatile(Object o, long offset, short x)

int getAndAddInt(Object o, long offset, int inc)

根据volatile语义 获得对象内存地址偏移量offset的int值 并增加inc
同样有对应的long操作方法

  • long getAndAddLong(Object o, long offset, long inc)

int getAndSetInt(Object o, long offset, int value)

根据volatile语义 获得对象内存地址偏移量offset的int值 并修改为value
long、Object也有对应的操作方法

  • long getAndSetLong(Object o, long offset, long value)
  • Object getAndSetObject(Object o, long offset, Object value)

long objectFieldOffset(Field f)

获得字段的内存偏移量

long staticFieldOffset(Field f)

获得静态字段的内存偏移量

Object staticFieldBase(Class c)

Deprecated
This method works only for JVMs which store all statics for a given class in one place.

Object staticFieldBase(Field f)

获取类的静态字段内存地址偏移量 静态字段的起始地址,类型不是long,而是Object类型

void throwException(Throwable ee)

包装受检异常为运行时异常。

Arrays

数组操纵方法

int arrayBaseOffset(Class arrayClass)

返回给定arrayClass(数组类型Class)第一个元素相对于数组起始地址的偏移量

int arrayIndexScale(Class arrayClass)

返回给定arrayClass(数组类型Class)元素大小(占用多少字节)
将arrayBaseOffset与arrayIndexScale配合使用,可以定位数组中每个元素在内存中的位置。

Synchronization

多线程同步 锁机制、CAS

boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset, int expected, int x)

若当前持有值为expected 原子地更新对象o偏移量offset为x

boolean compareAndSwapLong(Object o, long offset, long expected, long x)

若当前持有值为expected 原子地更新对象o偏移量offset为x

boolean compareAndSwapObject(Object o, long offset, Object expected, Object x)

若当前持有值为expected 原子地更新对象o偏移量offset为x

void monitorEnter(Object o)

Lock the object

void monitorExit(Object o)

Unlock the object

boolean tryMonitorEnter(Object o)

Tries to lock the object. Returns true or false to indicate whether the lock succeeded

void park(boolean isAbsolute, long time)

阻塞当前线程
阻塞一个线程直到unpark出现、线程被中断或者timeout时间到期。 如果一个unpark调用已经出现了,这里只计数。timeout为0表示永不过期。 当isAbsolute为true时,timeout是相对于新纪元之后的毫秒。 否则这个值就是超时前的纳秒数。这个方法执行时也可能不合理地返回(没有具体原因)

void unpark(Thread thread)

释放被park创建的在一个线程上的阻塞。 这个方法也可以被使用来终止一个先前调用park导致的阻塞

Memory

直接内存访问方法(绕过JVM堆直接操纵本地内存)

long allocateMemory(long bytes)

分配指定字节的内存块 返回分配的内存地址

long reallocateMemory(long address, long bytes)

重新分配给定地址的内存

void copyMemory(long srcAddress, long destAddress, long bytes)

内存拷贝 从src拷贝到dest 长度为bytes字节

void copyMemory(Object srcBase, long srcOffset, Object destBase, long destOffset, long bytes)

内存拷贝 从srcBase偏移量srcOffset拷贝至destBase偏移量destOffset 长度为bytes字节

void freeMemory(long address)

释放给定地址(从allocateMemory、reallocateMemory)获得)的内存

long getAddress(long address)

获取给定内存地址address的指针

void putAddress(long address, long x)

将给定的指针x保存到内存地址address

void setMemory(long address, long bytes, byte value)

Sets all bytes in a given block of memory to a fixed value (usually zero)

void setMemory(Object o, long offset, long bytes, byte value)

Sets all bytes in a given block of memory to a fixed value (usually zero)

Memory Barrier/Memory Fence

内存屏障(Memory Barrier,或有时叫做内存栅栏,Memory Fence)是一种CPU指令, 用于控制特定条件下的重排序和内存可见性问题。Java编译器也会根据内存屏障的规则禁止重排序。 有的处理器的重排序规则较严,无需内存屏障也能很好的工作,Java编译器会在这种情况下不放置内存屏障。

  • LoadLoad屏障:对于这样的语句Load1; LoadLoad; Load2,在Load2及后续读取操作要读取的数据被访问前, 保证Load1要读取的数据被读取完毕。
  • StoreStore屏障:对于这样的语句Store1; StoreStore; Store2,在Store2及后续写入操作执行前, 保证Store1的写入操作对其它处理器可见。
  • LoadStore屏障:对于这样的语句Load1; LoadStore; Store2,在Store2及后续写入操作被刷出前, 保证Load1要读取的数据被读取完毕。
  • StoreLoad屏障:对于这样的语句Store1; StoreLoad; Load2,在Load2及后续所有读取操作执行前, 保证Store1的写入对所有处理器可见。它的开销是四种屏障中最大的。在大多数处理器的实现中,这个屏障是个万能屏障, 兼具其它三种内存屏障的功能。

fences-table

void loadFence()

LoadLoad屏障

void storeFence()

StoreStore屏障

void fullFence()

StoreLoad屏障