JAVA并发编程学习笔记之Unsafe类

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：

1、通过Unsafe类可以分配内存，可以释放内存；

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、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；

1. public native long allocateMemory(long l);
2. public native long reallocateMemory(long l, long l1);
3. public native void freeMemory(long l);

字段的定位：

JAVA中对象的字段的定位可能通过staticFieldOffset方法实现，该方法返回给定field的内存地址偏移量，这个值对于给定的filed是唯一的且是固定不变的。

getIntVolatile方法获取对象中offset偏移地址对应的整型field的值,支持volatile load语义。

getLong方法获取对象中offset偏移地址对应的long型field的值

数组元素定位：

Unsafe类中有很多以BASE_OFFSET结尾的常量，比如ARRAY_INT_BASE_OFFSET，ARRAY_BYTE_BASE_OFFSET等，这些常量值是通过arrayBaseOffset方法得到的。arrayBaseOffset方法是一个本地方法，可以获取数组第一个元素的偏移地址。Unsafe类中还有很多以INDEX_SCALE结尾的常量，比如 ARRAY_INT_INDEX_SCALE
， ARRAY_BYTE_INDEX_SCALE等，这些常量值是通过arrayIndexScale方法得到的。arrayIndexScale方法也是一个本地方法，可以获取数组的转换因子，也就是数组中元素的增量地址。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。

1. public final class Unsafe {
2. public static final int ARRAY_INT_BASE_OFFSET;
3. public static final int ARRAY_INT_INDEX_SCALE;
4. public native long staticFieldOffset(Field field);
5. public native int getIntVolatile(Object obj, long l);
6. public native long getLong(Object obj, long l);
7. public native int arrayBaseOffset(Class class1);
8. public native int arrayIndexScale(Class class1);
9. static
10. {
11. ARRAY_INT_BASE_OFFSET = theUnsafe.arrayBaseOffset([I);
12. ARRAY_INT_INDEX_SCALE = theUnsafe.arrayIndexScale([I);
13. }
14. }

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。

1. public class LockSupport {
2. public static void unpark(Thread thread) {
3. if (thread != null)
4. unsafe.unpark(thread);
5. }
6. public static void park(Object blocker) {
7. Thread t = Thread.currentThread();
8. setBlocker(t, blocker);
9. unsafe.park(false, 0L);
10. setBlocker(t, null);
11. }
12. public static void parkNanos(Object blocker, long nanos) {
13. if (nanos > 0) {
14. Thread t = Thread.currentThread();
15. setBlocker(t, blocker);
16. unsafe.park(false, nanos);
17. setBlocker(t, null);
18. }
19. }
20. public static void parkUntil(Object blocker, long deadline) {
21. Thread t = Thread.currentThread();
22. setBlocker(t, blocker);
23. unsafe.park(true, deadline);
24. setBlocker(t, null);
25. }
26. public static void park() {
27. unsafe.park(false, 0L);
28. }
29. public static void parkNanos(long nanos) {
30. if (nanos > 0)
31. unsafe.park(false, nanos);
32. }
33. public static void parkUntil(long deadline) {
34. unsafe.park(true, deadline);
35. }
36. }

4、CAS操作

是通过compareAndSwapXXX方法实现的

1. /**
2. * 比较obj的offset处内存位置中的值和期望的值，如果相同则更新。此更新是不可中断的。
3. *
4. * @param obj 需要更新的对象
5. * @param offset obj中整型field的偏移量
6. * @param expect 希望field中存在的值
7. * @param update 如果期望值expect与field的当前值相同，设置filed的值为这个新值
8. * @return 如果field的值被更改返回true
9. */
10. public native boolean compareAndSwapInt(Object obj, long offset, int expect, int update);

CAS操作有3个操作数，内存值M，预期值E，新值U，如果M==E，则将内存值修改为B，否则啥都不做。

参考资料：

Unsafe.h

源码剖析之sun.misc.Unsafe