问题
（1）Unsafe是什么？
（2）Unsafe只有CAS的功能吗？
（3）Unsafe为什么是不安全的？
（4）怎么使用Unsafe？
简介
本章是java并发包专题的第一章，但是第一篇写的却不是java并发包中类，而是java中的魔法类sun.misc.Unsafe。
Unsafe为我们提供了访问底层的机制，这种机制仅供java核心类库使用，而不应该被普通用户使用。
但是，为了更好地了解java的生态体系，我们应该去学习它，去了解它，不求深入到底层的C/C++代码，但求能了解它的基本功能。
获取Unsafe的实例
查看Unsafe的源码我们会发现它提供了一个getUnsafe()的静态方法。
@CallerSensitivepublicstaticUnsafegetUnsafe(){ Class var0 = Reflection.getCallerClass();if(!VM.isSystemDomainLoader(var0.getClassLoader())) {thrownewSecurityException("Unsafe"); }else{returntheUnsafe; }}
但是，如果直接调用这个方法会抛出一个SecurityException异常，这是因为Unsafe仅供java内部类使用，外部类不应该使用它。
那么，我们就没有方法了吗？
当然不是，我们有反射啊！查看源码，我们发现它有一个属性叫theUnsafe，我们直接通过反射拿到它即可。
publicclassUnsafeTest{publicstaticvoidmain(String[] args) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException{ Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); f.setAccessible(true); Unsafeunsafe= (Unsafe) f.get(null); }}
使用Unsafe实例化一个类
假如我们有一个简单的类如下：
classUser{intage;publicUser(){this.age =10; }}
如果我们通过构造方法实例化这个类，age属性将会返回10。
User user1 =newUser();// 打印10System.out.println(user1.age);
如果我们调用Unsafe来实例化呢？
User user2 = (User) unsafe.allocateInstance(User.class);// 打印0System.out.println(user2.age);
age将返回0，因为 Unsafe.allocateInstance() 只会给对象分配内存，并不会调用构造方法，所以这里只会返回int类型的默认值0。
修改私有字段的值
使用Unsafe的putXXX()方法，我们可以修改任意私有字段的值。
publicclassUnsafeTest{publicstaticvoidmain(String[] args) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException, InstantiationException{ Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); f.setAccessible(true); Unsafeunsafe= (Unsafe) f.get(null); User user =newUser(); Field age = user.getClass().getDeclaredField("age");unsafe.putInt(user,unsafe.objectFieldOffset(age),20);// 打印20System.out.println(user.getAge()); }}classUser{privateintage;publicUser(){this.age =10; }publicintgetAge(){returnage; }}
一旦我们通过反射调用得到字段age，我们就可以使用Unsafe将其值更改为任何其他int值。（当然，这里也可以通过反射直接修改）
抛出checked异常
我们知道如果代码抛出了checked异常，要不就使用try...catch捕获它，要不就在方法签名上定义这个异常，但是，通过Unsafe我们可以抛出一个checked异常，同时却不用捕获或在方法签名上定义它。
// 使用正常方式抛出IOException需要定义在方法签名上往外抛publicstaticvoidreadFile()throwsIOException{thrownewIOException();}// 使用Unsafe抛出异常不需要定义在方法签名上往外抛publicstaticvoidreadFileUnsafe(){ unsafe.throwException(newIOException());}
使用堆外内存
如果进程在运行过程中JVM上的内存不足了，会导致频繁的进行GC。理想情况下，我们可以考虑使用堆外内存，这是一块不受JVM管理的内存。
使用Unsafe的allocateMemory()我们可以直接在堆外分配内存，这可能非常有用，但我们要记住，这个内存不受JVM管理，因此我们要调用freeMemory()方法手动释放它。
假设我们要在堆外创建一个巨大的int数组，我们可以使用allocateMemory()方法来实现：
classOffHeapArray{// 一个int等于4个字节privatestaticfinalintINT =4;privatelongsize;privatelongaddress;privatestaticUnsafeunsafe;static{try{ Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); f.setAccessible(true);unsafe= (Unsafe) f.get(null); }catch(NoSuchFieldException e) { e.printStackTrace(); }catch(IllegalAccessException e) { e.printStackTrace(); } }// 构造方法，分配内存publicOffHeapArray(longsize){this.size = size;// 参数字节数address =unsafe.allocateMemory(size * INT); }// 获取指定索引处的元素publicintget(longi){returnunsafe.getInt(address + i * INT); }// 设置指定索引处的元素publicvoidset(longi,intvalue){unsafe.putInt(address + i * INT,value); }// 元素个数publiclongsize(){returnsize; }// 释放堆外内存publicvoidfreeMemory(){unsafe.freeMemory(address); }}
在构造方法中调用allocateMemory()分配内存，在使用完成后调用freeMemory()释放内存。
使用方式如下：
OffHeapArray offHeapArray =newOffHeapArray(4);offHeapArray.set(0,1);offHeapArray.set(1,2);offHeapArray.set(2,3);offHeapArray.set(3,4);offHeapArray.set(2,5);// 在索引2的位置重复放入元素intsum =0;for(inti =0; i < offHeapArray.size(); i++) { sum += offHeapArray.get(i);}// 打印12System.out.println(sum);offHeapArray.freeMemory();
最后，一定要记得调用freeMemory()将内存释放回操作系统。
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CompareAndSwap操作
JUC下面大量使用了CAS操作，它们的底层是调用的Unsafe的CompareAndSwapXXX()方法。这种方式广泛运用于无锁算法，与java中标准的悲观锁机制相比，它可以利用CAS处理器指令提供极大的加速。
比如，我们可以基于Unsafe的compareAndSwapInt()方法构建线程安全的计数器。
classCounter{privatevolatileintcount =0;privatestaticlongoffset;privatestaticUnsafeunsafe;static{try{ Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); f.setAccessible(true);unsafe= (Unsafe) f.get(null); offset =unsafe.objectFieldOffset(Counter.class.getDeclaredField("count")); }catch(NoSuchFieldException e) { e.printStackTrace(); }catch(IllegalAccessException e) { e.printStackTrace(); } }publicvoidincrement(){intbefore = count;// 失败了就重试直到成功为止while(!unsafe.compareAndSwapInt(this, offset, before, before +1)) { before = count; } }publicintgetCount(){returncount; }}
我们定义了一个volatile的字段count，以便对它的修改所有线程都可见，并在类加载的时候获取count在类中的偏移地址。
在increment()方法中，我们通过调用Unsafe的compareAndSwapInt()方法来尝试更新之前获取到的count的值，如果它没有被其它线程更新过，则更新成功，否则不断重试直到成功为止。
我们可以通过使用多个线程来测试我们的代码：
Counter counter =newCounter();ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(100);// 起100个线程，每个线程自增10000次IntStream.range(0,100) .forEach(i->threadPool.submit(()->IntStream.range(0,10000) .forEach(j->counter.increment())));threadPool.shutdown();Thread.sleep(2000);// 打印1000000System.out.println(counter.getCount());
park/unpark
JVM在上下文切换的时候使用了Unsafe中的两个非常牛逼的方法park()和unpark()。
当一个线程正在等待某个操作时，JVM调用Unsafe的park()方法来阻塞此线程。
当阻塞中的线程需要再次运行时，JVM调用Unsafe的unpark()方法来唤醒此线程。
我们之前在分析java中的集合时看到了大量的LockSupport.park()/unpark()，它们底层都是调用的Unsafe的这两个方法。
总结
使用Unsafe几乎可以操作一切：
（1）实例化一个类；
（2）修改私有字段的值；
（3）抛出checked异常；
（4）使用堆外内存；
（5）CAS操作；
（6）阻塞/唤醒线程；
彩蛋
论实例化一个类的方式？
（1）通过构造方法实例化一个类；
（2）通过Class实例化一个类；
（3）通过反射实例化一个类；
（4）通过克隆实例化一个类；
（5）通过反序列化实例化一个类；
（6）通过Unsafe实例化一个类；
publicclassInstantialTest {privatestaticUnsafe unsafe;static{try{ Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); f.setAccessible(true); unsafe = (Unsafe) f.get(null); }catch(NoSuchFieldException e) { e.printStackTrace(); }catch(IllegalAccessException e) { e.printStackTrace(); } }publicstaticvoidmain(String[] args)throwsException {// 1. 构造方法User user1 =newUser();// 2. Class，里面实际也是反射User user2 = User.class.newInstance();// 3. 反射User user3 = User.class.getConstructor().newInstance();// 4. 克隆User user4 = (User) user1.clone();// 5. 反序列化User user5 = unserialize(user1);// 6. UnsafeUser user6 = (User) unsafe.allocateInstance(User.class); System.out.println(user1.age); System.out.println(user2.age); System.out.println(user3.age); System.out.println(user4.age); System.out.println(user5.age); System.out.println(user6.age); }privatestaticUser unserialize(User user1)throwsException { ObjectOutputStream oos =newObjectOutputStream(newFileOutputStream("D://object.txt")); oos.writeObject(user1); oos.close(); ObjectInputStream ois =newObjectInputStream(newFileInputStream("D://object.txt"));// 反序列化User user5 = (User) ois.readObject(); ois.close();returnuser5; }staticclassUserimplementsCloneable, Serializable {privateintage;publicUser() {this.age =10; } @OverrideprotectedObject clone()throwsCloneNotSupportedException {returnsuper.clone(); } }}