【实战Java高并发程序设计】连载1–Java中的指针：Unsafe类

EasonTyler 发布于2019-08-14 15:12 / 2253人阅读

摘要：不难看出，方法的内部，必然是使用原子指令来完成的。它是一个内部使用的专属类。注意根据类加载器的工作原理，应用程序的类由加载。加载器没有对象的对象，因此试图获得这个类加载器会返回。

如果你对技术有着不折不挠的追求，应该还会特别在意incrementAndGet() 方法中compareAndSet()的实现。现在，就让我们更进一步看一下它把！
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {

return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);

}
在这里，我们看到一个特殊的变量unsafe。它是sun.misc.Unsafe类型。从名字看，这个类应该是封装了一些不安全的操作。那什么操作是不安全的呢？学习过C或者C++的话，大家应该知道，指针是不安全的。这也是在Java中把指针去除的重要原因。如果指针指错了位置，或者计算指针偏移量时出错，结果可能是灾难性的，你很有可能会覆盖别人的内存，导致系统奔溃。
而这里的Unsafe就是封装了一些类似指针的操作。compareAndSwapInt()方法是一个navtive方法。它的几个参数含义如下：
public final native boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset,int expected,int x);
第一个参数o为给定的对象，offset为对象内的偏移量（其实就是一个字段到对象头部的偏移量，通过这个偏移量可以快速定位字段），expected表示期望值，x表示要设置的值。如果指定的字段的值等于expected，那么就会把它设置为x。
不难看出，compareAndSwapInt()方法的内部，必然是使用CAS原子指令来完成的。此外，Unsafe类还提供了一些方法，主要有以下几个（以Int操作为例，其他数据类型是类似的）：

//获得给定对象偏移量上的int值
public native int getInt(Object o, long offset);
//设置给定对象偏移量上的int值
public native void putInt(Object o, long offset, int x);
//获得字段在对象中的偏移量
public native long objectFieldOffset(Field f);
//设置给定对象的int值，使用volatile语义
public native void putIntVolatile(Object o, long offset, int x);
//获得给定对象对象的int值，使用volatile语义
public native int     getIntVolatile(Object o, long offset);
//和putIntVolatile()一样，但是它要求被操作字段就是volatile类型的
public native void putOrderedInt(Object o, long offset, int x);
如果大家还记得“3.3.4 深度剖析ConcurrentLinkedQueue”一节中的描述的ConcurrentLinkedQueue实现，应该对ConcurrentLinkedQueue中的Node还有些印象。Node一些CAS操作也都是使用Unsafe类来实现的。大家可以回顾一下，以加深对Unsafe类的印象。
这里就可以看到，虽然Java抛弃了指针。但是在关键时刻，类似指针的技术还是必不可少的。这里底层的Unsafe实现就是最好的例子。但是很不幸，JDK的开发人员并不希望大家使用这个类。获得Unsafe实例的方法是调动其工厂方法getUnsafe()。但是，它的实现却是这样：
public static Unsafe getUnsafe() {
Class cc = Reflection.getCallerClass();
if (cc.getClassLoader() != null)
throw new SecurityException(“Unsafe”);
return theUnsafe;
}

注意加粗部分的代码，它会检查调用getUnsafe()函数的类，如果这个类的ClassLoader不为null，就直接抛出异常，拒绝工作。因此，这也使得我们自己的应用程序无法直接使用Unsafe类。它是一个JDK内部使用的专属类。
注意：根据Java 类加载器的工作原理，应用程序的类由App Loader加载。而系统核心类，如rt.jar中的类由Bootstrap类加载器加载。Bootstrap加载器没有Java对象的对象，因此试图获得这个类加载器会返回null。所以，当一个类的类加载器为null时，说明它是由Bootstrap加载的，而这个类也极有可能是rt.jar中的类。
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