Java中的Unsafe类详解

什么是Unsafe类

在Java中，Unsafe类是一个位于sun.misc包下的类，提供了一些比较底层的方法，能够访问一些更加接近操作系统底层的资源，例如内存资源、CPU指令等等。通过这些方法，我们能够完成一些普通方法无法实现的功能，例如直接使用偏移地址操作对象、数组等等。

对于一些高并发、高性能的程序，Unsafe类的使用非常广泛，例如Java并发包、Netty等框架的底层实现都依赖于Unsafe类。但是，由于Unsafe类是JDK内部使用的类库，使用时需要非常小心，因为它可能会导致一些不可预测的问题。

Unsafe类重要方法

1. putXXX和getXXX方法

在Unsafe类中，putXXX和getXXX方法可以直接修改和获取对象的内存数据。其中，XXX表示各种基本类型，比如putInt和getInt方法用于操作int类型变量的内存数据。

public final native void putInt(Object o, long offset, int x);
public final native int getInt(Object o, long offset);

使用时需要注意，由于Unsafe类允许直接操作内存，因此需要传入对象的内存地址偏移量(offset)。计算偏移量时可以使用objectFieldOffset方法。

public native long objectFieldOffset(Field field);

2. allocateMemory和freeMemory方法

Unsafe类中的allocateMemory方法可以分配指定大小的内存空间，而freeMemory方法则可以释放这些内存空间。

public native long allocateMemory(long bytes);
public native void freeMemory(long address);

使用时需要注意，为了防止内存泄漏，使用完毕后需要及时调用freeMemory方法释放内存空间。

3. park和unpark方法

在Java多线程编程中，park和unpark方法是很常用的方法，它们用于线程的挂起和恢复。在Unsafe类中，我们也可以直接使用这两个方法。

public native void park(boolean isAbsolute, long time);
public native void unpark(Object thread);

其中，park方法会将当前线程挂起，而unpark方法会将指定线程恢复。

Unsafe类应用案例

直接操作数组

下面是一个简单的示例，在该示例中，通过Unsafe类的putInt方法直接修改了int数组中的元素值，而不是通过普通的数组索引进行修改。

public static void main(String[] args) {int[] arr = {1, 2, 3, 4};long baseOffset = Unsafe.ARRAY_INT_BASE_OFFSET;long indexScale = Unsafe.ARRAY_INT_INDEX_SCALE;Unsafe unsafe = getUnsafe();for (int i = 0; i < arr.length; i++) {unsafe.putInt(arr, baseOffset + i * indexScale, arr[i] * 2);}System.out.println(Arrays.toString(arr)); // 输出 [2, 4, 6, 8]
}private static Unsafe getUnsafe() {try {Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");field.setAccessible(true);return (Unsafe) field.get(null);} catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);}
}

动态创建对象

下面是另一个示例，在该示例中，通过Unsafe类的allocateInstance方法直接创建了一个对象，而不是通过调用构造函数进行创建。

public static void main(String[] args) throws InstantiationException {Unsafe unsafe = getUnsafe();A a = (A) unsafe.allocateInstance(A.class);System.out.println(a.x); // 输出 0
}static class A {public int x;public A() {this.x = 1;}
}private static Unsafe getUnsafe() {try {Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");field.setAccessible(true);return (Unsafe) field.get(null);} catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);}
}