Java - Unsafe类

Unsafe类

Unsafe类简单来说就是不安全的类，因为是直接拿到数据的真实内存地址，直接操作内存，脱离于语言本身。里面的方法基本都是native方法。

1. Java中的CAS操作

使用锁处理并发问题，有一个缺点就是线程没有获取到锁的时候会被阻塞挂起，这会导致线程上下文的切换和重新调度开销。由于volatile不能解决原子性问题，Java中由JDK提供的非阻塞原子性操作，即CAS（Compare and Swap）。它通过硬件保证比较-更新的原子性。

CAS操作有个经典的ABA问题，感兴趣的可以百度看一看。解决方案：可以给每个变量加上时间戳。

2. Unsafe类中的重要方法

如何获取

不能直接通过调用功能getUnsafe方法来得到Unsafe，因为其方法会判断是否使用Bootstrap加载器加载类的。其原因是Unsafe类是直接操作内存，这样很不安全。

// 所以我们只能通过反射来获取
public static Unsafe getUnsafe() throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
    Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
    // 设置其为可访问的
    field.setAccessible(true);
    return (Unsafe) field.get(null);
}

objectFieldOffset()方法

// 本地方法
public native long objectFieldOffset(Field var1);

案例

// AQS类使用该方法，获取所属类中的内存偏移地址，提供给Unsafe类其他方法使用，改变其值
static {
    try {
        stateOffset = unsafe.objectFieldOffset
            (AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("state"));
        ....
    } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}

compareAndSwapObject()方法

compareAndSwap的意思是比较并交换，CAS有四个操作数，分别为：对象的内存位置，对象中变量的偏移量，变量预期值，新的值

public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long valueOffset, Object expect, Object update);

案例

// AQS中修改state变量的值
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
    // See below for intrinsics setup to support this
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}

getLongVolatile()方法

获取对象obj中偏移量为offset的变量对应volatile语义的值

public native long getLongVolatile(Object obj, long offset);

getAndSetLong()方法

该方法是获取当前变量的值，然后使用CAS原子操作设置新值。如果更新失败(多个线程同时更新变量的值时)，则重新再次尝试。

public final long getAndSetLong(Object var1, long offset, long var4) {
    long var6;
    do {
        var6 = this.getLongVolatile(var1, offset);
        // 如果设置失败，会循环再次设置，知道成功
    } while(!this.compareAndSwapLong(var1, offset, var6, var4));

    return var6;
}

案例

AtomicLong类，Java中的原子类都是调用Unsafe类的CAS操作来完成院子操作的。同时提醒一个点：单个原子类的操作是具有原子性的，但是多个组合就不具有了

public final long getAndSet(long newValue) {
    return unsafe.getAndSetLong(this, valueOffset, newValue);
}

getAndAddLong()方法

获取对象obj中偏移量为offset的变量volatile语义值，并设置其值=原始值+addValue

public final long getAndAddLong(Object obj, long offset, long addValue) {
    long var6;
    do {
        var6 = this.getLongVolatile(obj, offset);
        // 如果设置失败，会循环再次设置，知道成功
    } while(!this.compareAndSwapLong(obj, offset, var6, var6 + addValue));
    // 返回的还是原始值
    return var6;
}

案例

// 调用Unsafe类的方法，原子性设置value的值加1，并返回value原来的值
public final long getAndIncrement() {
    return unsafe.getAndAddLong(this, valueOffset, 1L);
}

park()、unpark()

park(boolean isAbsolute, long time)：阻塞当前线程

unpark(Object thread)：唤醒调用park阻塞的线程

LockSupport

他提供了基本的使用方法，类似于Unsafe的直接操作，他可以间接操作。基本上是对Unsafe类的park和unpark方法封装，但增加了一些额外的提示信息（比如：可以在线程堆栈信息查看到更多有关阻塞对象的信息）。

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