从反射创建对象到Unsafe

末蓝、 2023-10-11 14:25 14阅读 0赞

#### 前言 ####

Java中，最常用的就是通过new调用相应构造器来创建对象实例，而当构造器不是public，而是private，new没了用武之地，我们又该怎样创建对象实例？  
先创建构造器被private修饰的类，代码如下：

@Setter
    @Getter
    public class Girlfriend {
        
        private String name;
        private int age；
        private Girlfriend(String name) {
        
            this.name = name;
        }
    }

让我最后再new一遍…  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NhdGNoTGlnaHQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

#### 反射创建实例 ####

类加载触发时机曾云：除了new，我还有反射。通过反射，可以获取类的字段、方法，同样可以获取类的构造器来创建对象。  
对于private修饰的字段、方法、类构造器，我们必须禁用安全检查才能获取到。

###### 未禁止安全检查 ######

默认是开启安全检查机制，对于被private修饰的方法、类、构造器会禁止访问。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NhdGNoTGlnaHQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]  
运行结果：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NhdGNoTGlnaHQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]

###### 禁止安全检查 ######

通过setAccessible(true)来关闭安全检查，访问private修饰的构造器。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NhdGNoTGlnaHQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]  
运行结果：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NhdGNoTGlnaHQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]  
就这，就这？其实这篇文章真的想讲的是Unsafe，一个可以直接操作内存，不用构造器就可以创建对象的类。

#### sun.mics.Unsafe ####

jvm的出现，让Java不再有C语言管理内存的困扰，同时也失去了类似指针操作内存的功能。于是Unsafe的出现填补了空缺。但正如其名，直接操作内存被认为是不安全的，会带来很多安全问题。所以，Unsafe没法通过new实例化，唯一一个构造器也是private。我们查看一下源码中和Unsafe实例有关的字段、方法。  
源码如下：

public final class Unsafe {
        
        private static final Unsafe theUnsafe;
        private Unsafe() {
        
        }
        @CallerSensitive
        public static Unsafe getUnsafe() {
        
            Class var0 = Reflection.getCallerClass();
            // 检查调用类的加载器是不是Bootstrap，也就是null
            if (!VM.isSystemDomainLoader(var0.getClassLoader())) {
        
                throw new SecurityException("Unsafe");
            } else {
        
                return theUnsafe;
            }
        }
     }

不难看出getUnsafe()是一个public方法，但是它会检查调用getUsafe()类的加载器是不是Bootstrap类加载器，但是我们定义类的默认加载器是AppClassLoader，所以会直接抛出异常。  
检查类加载器代码如下：

// bootstrap加载器负责加载rt.jar，不是java编写，所以是null
    	public static boolean isSystemDomainLoader(ClassLoader var0) {
        
            return var0 == null;
        }

那么我们只能通过反射从theUnsafe和构造器入手创建实例。  
代码如下：

public class Boy {
        
        public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException, NoSuchFieldException {
        
            Class<Unsafe> unsafeClass = Unsafe.class;
            // 第一种方式：通过构造器获取Unsafe实例
            Constructor<Unsafe> declaredConstructor = unsafeClass.getDeclaredConstructor();
            declaredConstructor.setAccessible(true);
            Unsafe unsafe1 = declaredConstructor.newInstance();
    
            // 第二种方法：通过字段获取Unsafe实例
            Field theUnsafe = unsafeClass.getDeclaredField("theUnsafe");
            theUnsafe.setAccessible(true);
            Unsafe unsafe2 = (Unsafe)theUnsafe.get(null);
        }
    }

这样用两种方法获取到了unsafe实例对象，接下来看一下如何构建实例。

###### allocateInstance()：构建实例 ######

利用unsafe实例，使用这个方法可以直接**不通过构造器**来创建实例对象。

// 利用Unsafe实例构造GirlFriends对象
      Girlfriend girlfriend1 = (Girlfriend) unsafe1.allocateInstance(Girlfriend.class);
      Girlfriend girlfriend2 = (Girlfriend) unsafe2.allocateInstance(Girlfriend.class);
      girlfriend1.setName("小芳1");
      girlfriend2.setName("小芳2");
      System.out.println(girlfriend1.getName());
      System.out.println(girlfriend2.getName());

运行结果：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NhdGNoTGlnaHQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]  
从运行结果可以看出来，两种方式获取的unsafe对象都能用来创建实例对象。那么Unsafe还有什么其他的功能。现在Unsafe一共提供了100多个方法，现在就找几个来测试一下。

###### putObject()：修改对象成员变量 ######

Field nameField = Girlfriend.class.getDeclaredField("name");
     System.out.println(girlfriend1.getName());
     // 获取name成员变量在内存中的地址相对于对象内存地址的偏移量
     long l = unsafe1.objectFieldOffset(nameField);
     // 修改成员变量name的值
     unsafe1.putObject(girlfriend1, l, "小红");
     System.out.println(girlfriend1.getName());

运行结果：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NhdGNoTGlnaHQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 6]

###### compareAndSwapInt()：原子修改int属性值 ######

有兴趣的可以了解一下锁里面的CAS原理

Field ageField = Girlfriend.class.getDeclaredField("age");
    long l1 = unsafe1.objectFieldOffset(ageField);
    girlfriend1.setAge(20);
    System.out.println("初始年龄: " + girlfriend1.getAge());
    // cas操作，第三个参数必须是旧值，即20，否则修改失败。
    unsafe1.compareAndSwapInt(girlfriend1, l1, 20, 18);
    System.out.println("修改后年龄: " +girlfriend1.getAge());
    // 通过偏移量获取int值
    int i = unsafe1.getInt(girlfriend1, l1);
    System.out.println("偏移量获取int值：" + i);

运行结果：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NhdGNoTGlnaHQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 7]

###### allocateMemory()：分配内存 ######

// 分配一个8byte的内存，并返回入口地址
    long address = unsafe1.allocateMemory(8L);
    // 用0000 0000代表一个字节，从入口地址初始化8个字节
    unsafe1.setMemory(address, 8L, (byte) 0);
    // aLong为0
    long aLong1 = unsafe1.getLong(address);
    // 修改以address为入口的long类型数据(8byte)
    unsafe1.putLong(address,100L);
    // aLong2为100
    long aLong2 = unsafe1.getLong(address);

#### 结语 ####

Unsafe还要其他的方法，有兴趣可以探究一下。其核心方法主要是围绕着内存地址入口、地址偏移量来展开，在开发中还请慎用。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NhdGNoTGlnaHQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 8]

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