Java多线程进阶—— J.U.C之atomic框架：Unsafe类

- 日理万妓 2023-06-21 12:22 4阅读 0赞

## 一、Unsafe简介 ##

在正式的开讲 juc-atomic框架系列之前，有必要先来了解下Java中的Unsafe类。

Unsafe类，来源于`sun.misc`包。该类封装了许多类似指针操作，可以直接进行内存管理、操纵对象、阻塞/唤醒线程等操作。Java本身不直接支持指针的操作，所以这也是该类命名为Unsafe的原因之一。

J.U.C中的许多CAS方法，内部其实都是Unsafe类在操作。  
比如`AtomicBoolean`的`compareAndSet`方法：

![clipboard.png][]

`unsafe.compareAndSwapInt`方法是个native方法。（如果对象中的字段值与期望值相等，则将字段值修改为x，然后返回true；否则返回false)：

![clipboard.png][clipboard.png 1]

入参的含义如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>参数名称</th> 
   <th>含义</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>o</td> 
   <td>需要修改的对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>offset</td> 
   <td>需要修改的字段到对象头的偏移量(通过偏移量，可以快速定位修改的是哪个字段)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>expected</td> 
   <td>期望值</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>x</td> 
   <td>要设置的值</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

Unsafe类中CAS方法都是native方法，需要通过CAS原子指令完成。在讲AQS时，里面有许多涉及CLH队列的操作，其实就是通过Unsafe类完成的指针操作。

## 二、Unsafe对象的创建 ##

Unsafe是一个final类，不能被继承，也没有公共的构造器，只能通过工厂方法**getUnsafe**获得Unsafe的单例。

![clipboard.png][clipboard.png 2]

但是**getUnsafe**方法限制了调用该方法的类的类加载器必须为***Bootstrap ClassLoader***。

Java中的类加载器可以大致划分为以下三类：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>类加载器名称</th> 
   <th>作用</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Bootstrap类加载器(Bootstrap ClassLoader)</td> 
   <td>主要加载的是JVM自身需要的类，这个类加载使用C++语言实现的，是JVM自身的一部分，它负责将 【JDK的安装目录】/lib路径下的核心类库，如rt.jar</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>扩展类加载器(Extension ClassLoader)</td> 
   <td>该加载器负责加载【JDK的安装目录】jrelibext目录中的类库，开发者可以直接使用该加载器</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>系统类加载器(Application ClassLoader)</td> 
   <td>负责加载用户类路径（ClassPath）所指定的类，开发者可以直接使用该类加载器，也是默认的类加载器</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

所以在用户代码中直接调用**getUnsafe**方法，会抛出异常。因为用户自定义的类一般都是由系统类加载器加载的。

但是，是否就真的没有办法获取到Unsafe实例了呢？当然不是，要获取Unsafe对象的方法很多，这里给出一种通过反射的方法：

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

但是，除非对Unsafe的实现非常清楚，否则应尽量避免直接使用Unsafe来进行操作。

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[clipboard.png 1]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9zZWdtZW50ZmF1bHQuY29tL2ltZy9iVmJleHI5?x-oss-process=image/format,png
[clipboard.png 2]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9zZWdtZW50ZmF1bHQuY29tL2ltZy9iVmJleHQz?x-oss-process=image/format,png