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unsafe类和varhandle类讲解

article 2024/11/16 7:45:29

Java的Unsafe类是一个非常特殊的类，它提供了一组原始、底层的操作，可以跳过Java的限制，直接操作内存和对象。这些操作可能会破坏Java的安全机制，所以Unsafe类被标记为不安全的。

Unsafe类提供了下列方法：

allocateInstance(Class<T>): 通过反射创建一个实例，不需要调用构造函数。
arrayBaseOffset(Class<T>): 获取数组第一个元素的偏移地址。
arrayIndexScale(Class<T>): 获取数组元素的增量地址。
objectFieldOffset(Field): 获取对象实例字段的偏移地址。
getInt(Object, long): 读取指定内存地址的int值。
putInt(Object, long, int): 设置指定内存地址的int值。
getLong(Object, long): 读取指定内存地址的long值。
putLong(Object, long, long): 设置指定内存地址的long值。
getObject(Object, long): 读取指定内存地址的对象引用。
putObject(Object, long, Object): 设置指定内存地址的对象引用。

这些方法可以用于实现JVM底层的操作，比如手动管理内存、对象序列化、实现基于CAS的并发控制等。但Unsafe类也会带来非常大的安全风险，所以在使用时必须要非常谨慎。

package memory.unsafeTest;

import sun.misc.Unsafe;
import java.lang.reflect.Field;

public class UnsafeTest {
    public static void main(String[] args) throws InstantiationException {
        Unsafe unsafe = reflectGetUnsafe();
        Message message=new Message(1,"你好");
        int anInt = unsafe.getInt(message, 0);
        System.out.println(anInt);
        long address = unsafe.allocateMemory(4); // 分配4个字节的内存空间
        unsafe.putInt(address, 21); // 将值存储到该地址上
        System.out.println(unsafe.getInt(address)); // 输出：21

        Message demo = (Message) unsafe.allocateInstance(Message.class);
        System.out.println(demo.id); // 输出：0

        unsafe.freeMemory(address); // 释放内存空间

    }

    public static Unsafe reflectGetUnsafe(){
        try {
            Field unsafe = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
            unsafe.setAccessible(true);
            return (Unsafe) unsafe.get(null);
        } catch (NoSuchFieldException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (IllegalAccessException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

message类：

package memory.unsafeTest;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;
import lombok.ToString;

@Data
@ToString
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class Message {
  public   int id;
  public   String name;
}

pom依赖：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <groupId>org.example</groupId>
    <artifactId>jdk21Test001</artifactId>
    <version>1.0-SNAPSHOT</version>

    <properties>
        <maven.compiler.source>21</maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>21</maven.compiler.target>
        <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
    </properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>io.netty</groupId>
            <artifactId>netty-all</artifactId>
            <version>4.1.86.Final</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.google.protobuf</groupId>
            <artifactId>protobuf-java</artifactId>
            <version>3.21.9</version>
        </dependency>

        <!--  proto 与 Json 互转会用到-->
        <dependency>
            <groupId>com.google.protobuf</groupId>
            <artifactId>protobuf-java-util</artifactId>
            <version>3.21.9</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.projectlombok</groupId>
            <artifactId>lombok</artifactId>
            <version>1.18.30</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>junit</groupId>
            <artifactId>junit</artifactId>
            <version>4.13.2</version>
        </dependency>
    </dependencies>

  <build>
      <plugins>
          <plugin>
              <groupId>org.xolstice.maven.plugins</groupId>
              <artifactId>protobuf-maven-plugin</artifactId>
              <version>0.5.0</version>
          </plugin>
      </plugins>
  </build>
</project>

结果：

VarHandle类是Java 9中引入的一种新的方式，用于在Java中进行原子性和可变性访问。它提供了一种机制，可以在不使用锁的情况下对共享数据进行原子性访问。VarHandle类可以用于访问对象字段，数组元素和静态字段。它提供了一组方法，可以执行原子性读取，写入和更新操作。VarHandle类还提供了一些方法，可以执行非原子性的访问，例如读取和写入操作，这些操作不需要保证线程安全性

package memory.varhandleTest;

import memory.unsafeTest.Message;

import java.lang.invoke.MethodHandles;
import java.lang.invoke.VarHandle;

public class VarHandleTest {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
        VarHandle xHandle = MethodHandles.lookup().in(Message.class).findVarHandle(Message.class, "id", int.class);
        System.out.println(xHandle);
        int o = (int)xHandle.get(new Message());
        System.out.println(o);
    }
}

message类：

package memory.unsafeTest;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;
import lombok.ToString;

@Data
@ToString
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class Message {
  public   int id=9;
  public   String name;
}

输出结果：