006JDK Unsafe类使用与CAS原子特性

由于java不能直接访问操作系统底层，而是通过本地方法来访问。Unsafe类提供了硬件级别的原子操作，主要提供了以下功能：

•内存操作

•字段的定位与修改

•挂起与恢复

•CAS操作(乐观锁) 

1.内存操作:

        类中提供的3个本地方法allocateMemory、reallocateMemory、freeMemory分别用于分配内存，扩充内存和释放内存，与C语言中的3个方法对应.

2.字段的定位与修改:

        可以定位对象某字段的内存位置也可以修改对象的字段值，即使它是私有的.

3.挂起与恢复

将一个线程进行挂起是通过park方法实现的，调用 park后，线程将一直阻塞直到超时或者中断等条件出现；unpark可以终止一个挂起的线程，使其恢复正常；整个并发框架中对线程的挂起操作被封装在 LockSupport类中，LockSupport类中有各种版本pack方法，但最终都调用了Unsafe.park()方法。

4.CAS操作(乐观锁) 

首先介绍一下什么是Compare And Swap(CAS)？简单的说就是比较并交换! 

CAS操作包含三个操作数——内存位置（V）、预期原值（A）和新值(B)。

        如果内存位置的值与预期原值相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值。否则，处理器不做任何操作。无论哪种情况，它都会在 CAS 指令之前返回该位置的值。

CAS 有效地说明了:

“我认为位置 V 应该包含值 A；如果包含该值，则将 B 放到这个位置；否则，不要更改该位置，只告诉我这个位置现在的值即可。”

        Java并发包(java.util.concurrent)中大量使用了CAS操作,涉及到并发的地方都调用了sun.misc.Unsafe类方法进行CAS操作，在Unsafe中是通过compareAndSwapXXX方法实现的。方法如下：

知识点：

1.Unsafe类java无法直接调用，只有操作系统底层才能使用；

代码演示:

import java.lang.reflect.Field;
import java.util.Arrays;

import sun.misc.Unsafe;

public class UseUnsafe {
    
    private static int byteArrayBaseOffset;
    
    public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, SecurityException, IllegalArgumentException, IllegalAccessException {
        /*Unsafe类java无法直接调用，只有操作系统底层才能调用；
         * 通过反射强制调用java.lang.reflect.Field，获取Unsafe类（虽然无法直接调用，但是可以强制获取）；
         * 需要自己import sun.misc.Unsafe进来，不自动提供；
         * NoSuchFieldException（反射异常）, SecurityException（权限异常）, IllegalArgumentException（非法参数异常）, IllegalAccessException（非法许可异常）
         */
        Field theUnsafe = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
        //设置许可为true，即获取许可，必要步骤
        theUnsafe.setAccessible(true);
        
        Unsafe UNSAFE = (Unsafe) theUnsafe.get(null);
        System.out.println(UNSAFE);
        
        byte[] data = new byte[10];
        System.out.println(Arrays.toString(data));
        
        /* 调用一个本地方法，获得data数组中第一个元素的内存偏移地址；
         * 即获得元素的实际物理偏移量；
         */
        byteArrayBaseOffset = UNSAFE.arrayBaseOffset(byte[].class);
        System.out.println("byte[]数组的第一个元素的偏移地址"+byteArrayBaseOffset);
        
        //设置指定的字节数组，修改其内存字段的位置，byteArrayBaseOffset基础的偏移量
        //1.在data这个数组对象设置第一个位置为1
        UNSAFE.putByte(data, byteArrayBaseOffset,(byte)1);
        //2.在data这个数组对象设置第七个位置为8
        UNSAFE.putByte(data, byteArrayBaseOffset+6,(byte)8);
        
        System.out.println(Arrays.toString(data));
    
    }