Unsafe 类浅谈

介绍

Unsafe类使Java拥有了像C语言的指针一样操作内存空间的能力，同时也带来了指针的问题。过度的使用Unsafe类会使得出错的几率变大，因此Java官方并不建议使用的，官方文档也几乎没有。

功能

初始化（单例）

private Unsafe() {}
private static final Unsafe theUnsafe = new Unsafe();
public static Unsafe getUnsafe() {
    Class cc = sun.reflect.Reflection.getCallerClass(2);
    if (cc.getClassLoader() != null)
        throw new SecurityException("Unsafe");
    return theUnsafe;
}复制代码

方法中，限制了它的ClassLoader，如果这个方法的调用实力不是用BootClassLoader加载的，则会报错。可以做一个实验，因为Java源码中的类，除扩展包都是由Boot ClassLoader加载的，如果我们new一个Object对象，查看Object对象的ClassLoader，它一定是null。所以，正常情况下开发者无法直接使用Unsafe ，如果需要使用它，则需要利用反射：

从Unsafe的方法入手，发现Unsafe主要有以下几个方面的功能：

操纵对象属性
操纵数组元素
线程挂起与恢复、CAS

操纵对象属性

操纵对象属性，主要就就落在这个方法上

public native long objectFieldOffset(Field f);
复制代码

通过此方法，可以获取对象中某个属性的内存偏移地址，然后可根据偏移地址直接对属性进行修改，属性是否可读都无所谓，都能修改。

Field name = user.getClass().getDeclaredField("name");
long nameOffset = unsafe.objectFieldOffset(name);
unsafe.putObject(user, nameOffset, "jim");复制代码

操纵数组元素

操纵数组元素，主要涉及两个接口。

public native int arrayBaseOffset(Class arrayClass);
public native int arrayIndexScale(Class arrayClass);复制代码

索引为 i 的元素可以使用如下代码定位：

int baseOffset = unsafe.arrayBaseOffset(array.getClass());
int indexScale = unsafe.arrayIndexScale(array.getClass());
baseOffset + i*indexScale复制代码

线程挂起与恢复、CAS

如果我们使用 ReentrantLock 进行多线程开发，当一个线程抢占锁失败时，线程将被挂起，实现线程挂起的正是Unsafe类。

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。

CAS，一种乐观锁机制，如果对象当前值和期望值一样，那么则将对象的值设置成新值。和悲观锁不一样，它不需要抢占锁，它是一种尝试性的，能有效地提高效率，它的全称是 compareAndSwap ，依赖于硬件的原子操作实现。详细的CAS请参考线程安全一文