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Java为什么会引入及如何使用Unsafe

综述

sun.misc.Unsafe至少从2004年Java1.4开始就存在于Java中了。在Java9中，为了提高JVM的可维护性，Unsafe和许多其他的东西一起都被作为内部使用类隐藏起来了。但是究竟是什么取代Unsafe不得而知，个人推测会有不止一样来取代它，那么问题来了，到底为什么要使用Unsafe？

做一些Java语言不允许但是又十分有用的事情

很多低级语言中可用的技巧在Java中都是不被允许的。对大多数开发者而言这是件好事，既可以拯救你，也可以拯救你的同事们。同样也使得导入开源代码更容易了，因为你能掌握它们可以造成的最大的灾难上限。或者至少明确你可以不小心失误的界限。如果你尝试地足够努力，你也能造成损害。

那你可能会奇怪，为什么还要去尝试呢？当建立库时，Unsafe中很多（但不是所有）方法都很有用，且有些情况下，除了使用JNI，没有其他方法做同样的事情，即使它可能会更加危险同时也会失去Java的“一次编译，永久运行”的跨平台特性。

对象的反序列化

当使用框架反序列化或者构建对象时，会假设从已存在的对象中重建，你期望使用反射来调用类的设置函数，或者更准确一点是能直接设置内部字段甚至是final字段的函数。问题是你想创建一个对象的实例，但你实际上又不需要构造函数，因为它可能会使问题更加困难而且会有副作用。

public class A implements Serializable {  private final int num;   public A(int num) {   System.out.println("Hello Mum");   this.num = num;  }  public int getNum() {   return num;  } }

在这个类中，应该能够重建和设置final字段，但如果你不得不调用构造函数时，它就可能做一些和反序列化无关的事情。有了这些原因，很多库使用Unsafe创建实例而不是调用构造函数。

Unsafe unsafe = getUnsafe(); Class aClass = A.class; A a = (A) unsafe.allocateInstance(aClass);

调用allocateInstance函数避免了在我们不需要构造函数的时候却调用它。

线程安全的直接获取内存

Unsafe的另外一个用途是线程安全的获取非堆内存。ByteBuffer函数也能使你安全的获取非堆内存或是DirectMemory，但它不会提供任何线程安全的操作。你在进程间共享数据时使用Unsafe尤其有用。

import sun.misc.Unsafe;  import sun.nio.ch.DirectBuffer;  import java.io.File;  import java.io.IOException;  import java.io.RandomAccessFile;  import java.lang.reflect.Field;  import java.nio.MappedByteBuffer;  import java.nio.channels.FileChannel;  public class PingPongMapMain {   public static void main(String... args) throws IOException {    boolean odd;    switch (args.length < 1 ? "usage" : args[0].toLowerCase()) {     case "odd":      odd = true;      break;     case "even":      odd = false;      break;     default:      System.err.println("Usage: java PingPongMain [odd|even]");      return;    }    int runs = 10000000;    long start = 0;    System.out.println("Waiting for the other odd/even");    File counters = new File(System.getProperty("java.io.tmpdir"), "counters.deleteme");    counters.deleteOnExit();    try (FileChannel fc = new RandomAccessFile(counters, "rw").getChannel()) {     MappedByteBuffer mbb = fc.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, 1024);     long address = ((DirectBuffer) mbb).address();     for (int i = -1; i < runs; i++) {      for (; ; ) {       long value = UNSAFE.getLongVolatile(null, address);       boolean isOdd = (value & 1) != 0;       if (isOdd != odd) // wait for the other side.        continue; // make the change atomic, just in case there is more than one odd/even process       if (UNSAFE.compareAndSwapLong(null, address, value, value + 1))        break;      }      if (i == 0) {       System.out.println("Started");       start = System.nanoTime();      }     }    }    System.out.printf("... Finished, average ping/pong took %,d ns%n",      (System.nanoTime() - start) / runs);   }   static final Unsafe UNSAFE;   static {    try {     Field theUnsafe = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");     theUnsafe.setAccessible(true);     UNSAFE = (Unsafe) theUnsafe.get(null);    } catch (Exception e) {     throw new AssertionError(e);    }   }  }

当你分别在两个程序，一个输入odd一个输入even，中运行时，可以看到两个进程都是通过持久化共享内存交换数据的。

在每个程序中，将相同的磁盘缓存映射到进程中。内存中实际上只有一份文件的副本存在。这意味着内存可以共享，前提是你使用线程安全的操作，比如volatile变量和CAS操作。（译注：CAS Compare and Swap 无锁算法）

在两个进程之间有83ns的往返时间。当考虑到System V IPC（进程间通信）大约需要2500ns，而且用IPC volatile替代persisted内存，算是相当快的了。