老王：小陳啊，從今天開始我們就要進入《結丹篇》了，在這一篇章里面，要注意聽講啊，對后面的每一個階段的理解來說都至關重要的......

小陳：好的，老王，前面的《筑基》、《練氣》兩篇我已經重復看了好幾遍了，早就期待進入下一個境界了......

老王：好，既然你這么有信心，那我們就正式進入主題了。

老王：首先啊，這一篇我們需要從JDK底層的unsafe開始講起，后面的篇章很多都是依賴于unsafe提供的操作的。

JDK底層的unsafe是什么？

小陳：哦，unsafe？unsafe是個啥東西啊？我還沒有接觸過

老王：說起unsafe啊，是JDK提供的一個工具類，unsafe里面的方法大多是native方法，你可以理解為unsafe類是JDK給你提供的一個直接調用操作系統底層功能的一個工具類，unsafe提供了非常多操作系統級別的方法。

（1）比如說通過unsafe可以讓操作系統直接給你分配內存、釋放內存。

（2）突破java語法本身的限制，直接從內存級別去操作堆里面的某個對象的數據；

（3）調用操作系統的CAS指令，實現CAS的功能

（4）操作系統層次將線程掛起和恢復

（5）提供操作系統級別的內存屏障（之前說過的Load屏障和Store屏障），讀取數據強制走主存，修改數據直接刷新到主存

總之unsafe就相當于JDK給你提供的一個直接跟操作系統打交道的一個工具類，通過unsafe可做一些非常底層的指令和行為。

小陳：額，竟然可以直接通過unsafe分配內存，那豈不是不需要通過堆內存也可以直接分配內存了嗎？這樣豈不是很危險，萬一使用者分配大量的內存，沒有及時回收，豈不是很容易造成內存溢出的風險？又或者分配了內存，但是忘記回收了，容易造成內存泄露啊

老王：是啊，unsafe提供了很多操作系統級別的方法，在提供使用者便利的同時，也是隱藏著很多風險的。

但是unsafe提供的這些操作系統級別的方法對于JDK底層的一些工具類、上層的一些框架來說在實現層方便了許多。

比如著名的并發基礎工具類AQS底層就是通過unsafe提供的CAS操作來進行加鎖的，加鎖失敗的線程又是通過unsafe提供的park、unpark操作將線程掛起和喚醒的，還有一些非常著名的開源框架比如netty分配直接內存的方式底層也還是通過unsafe分配直接內存。

老王：所以啊，去了解一下unsafe底層的一些操作還是很有必要的，對于后面我們要學習的很多線程安全的類，比如Atomic系列的類、基于AQS一些列的同步工具還是很有必要的，因為這些底層都是通過unsafe提供的操作去實現的。

小陳：哦哦，原來unsafe類這么重要啊......

老王：下面啊，我就分幾類將一些unsafe提供的一些重要功能

unsafe直接分配和釋放內存

// 分配bytes大小的堆外內存 public native long allocateMemory(long bytes); // 還可以執行從address處開始分配，分配bytes大小的堆外內存 public native long reallocateMemory(long address, long bytes); // 釋放allocateMemory和reallocateMemory申請的內存塊 public native void freeMemory(long address); // 將指定對象的給定offset偏移量內存塊中的所有字節設置為固定值 // 相當于直接讓你在內存級別直接給這個對象的變量賦值了 public native void setMemory(Object o, long offset, long bytes, byte value);// 設置給定內存地址的long值 // 相當于直接在內存級別給address后面的8個字節賦值 public native void putLong(long address, long x); // 獲取指定內存地址的long值 // 相當于獲取address后面的8個字節的值，然后轉化為十進制的long值給你 public native long getLong(long address); // 設置或獲取指定內存的byte值 // 相當于獲取address后面一個字節的數據，轉化成十進制返回給你 public native byte getByte(long address); // 直接在內存級別給adderess地址后面的1個字節設置 public native void putByte(long address, byte x);

老王：這里提供一些操作系統級別的直接申請內存、釋放內存的方式。

同時不受java語法的限制，提供內存級別的直接獲取數據，修改數據的方式；unsafe操作內存這塊內存我們目前只需要了解即可，對我們后續并發的學習影響不大。

老王：這里說可以直接分配內存，釋放內存，直接從內存級別修改數據的操作理解了沒？

小陳：這里說的通過操作系統級別的分配內存，釋放內存，其實就是調用操作系統底層的api去申請和釋放內存吧。

老王：是的，unsafe確實是通過調用操作提供的能力直接去申請和釋放內存的。

小陳：上面說的不受java語法限制，直接修改內存數據是咋回事?

老王：比如說某個對象的prinvate int value屬性，這里的value屬性是private的，如果這個對象沒有提供對應的訪問方法，在對象外部是訪問不到這個value屬性的對不對？

小陳：嗯嗯，是的，正常來說只有在對象的內部可以訪問這個private屬性，外部是訪問不到的。

老王：然而這個對象的數據本質上還是保存在內存里面的，而unsafe提供了直接對某個內存地址讀取、修改的操作，這樣就可以突破java語法的限制了。

小陳：哦哦，原來是這樣啊，相當于就是直接通過內存地址address，找到這塊內存然后直接操作這個內存塊的數據了。

老王：嗯嗯，沒錯；就是直接操作內存塊的數據，接下來我們再講講unsafe提供的cas操作。

unsafe提供的CAS操作

老王：這塊內容比較重要，JUC提供的很多Atomic原子類、基于AQS實現的并發工具，底層都是通過CAS操作去實現的。下面我們就說說unsafe提供的cas操作：

老王：假如目前有一個Test類是這樣子的：

public class Test {private DemoClass demo;private int intValue;private long longValue; }

有一個Test類的對象 Test o = new Test();

這個時候想要突破java語法的限制，直接修改對象o的private修飾的demo屬性。可以通過CAS操作直接去修改對象o里面的demo屬性，使用unsafe提供的下面方法：

（1）o就是你要操作的對象

（2）offset就是demo屬性在對象o內部的位置，或者偏移量

（3）expected就是demo期待的值

（4）x就是你希望設置的新值，只有demo的值 == expect的時候，才能將demo的值設置成x

public final native boolean compareAndSwapObject(Object o,long offset,Object expected,Object x);

執行CAS操作大致是這樣的，根據 對象o的地址，demo屬性相對于o的偏移量offset，直接計算得到demo所在內存的位置，然后直接將demo的值從內存取出進行CAS（比較替換操作）：

同理對于，執行CAS操作替換Test類對象o內部的int值和long值，unsafe提供了如下兩個方法：

public final native boolean compareAndSwapInt(Object o,long offset,int expected,int x);public final native boolean compareAndSwapLong(Object o,long offset,long expected,long x);

底層執行CAS替換的原理跟上面畫圖將的demo其實是一樣的，這里就不再贅述了。

unsafe將線程掛起和恢復

unsafe類提供類將一個線程掛起、講一個掛起的線程喚醒的方法，分別是park和unpark，我們看如下的代碼：

park方法

//線程調用該方法，線程將一直阻塞直到被喚醒，或者超時，或者中斷條件出現。 public native void park(boolean isAbsolute, long time);

(1) isAbsolute是否是絕對時間，當isAbsolute == true ，后面time的時間單位是ms；當為false的時候，后面time參數的時間單位是ns。

（2）time > 0時候，表示大概要將線程掛起time的時間，過了時間后自動將線程喚醒。當time = 0的時候，表示一直將線程掛起，直到有人調用unpark方法將線程喚醒。

unpark方法

public native void unpark(Object thread);

直接將正在被掛起的thread線程喚醒，讓它繼續干活

LockSupport

LockSupport是對unsafe中park和unpark功能封裝的一個工具類，提供了阻塞和喚醒功能。

我們可以直接使用LockSupport的方法達到掛起和恢復線程的效果，LockSupport方法的源碼如下：

public class LockSupport {public static void park(Object blocker) {Thread t = Thread.currentThread();setBlocker(t, blocker);// 這里直接調用unsafe的park方法將線程掛起UNSAFE.park(false, 0L);setBlocker(t, null);}public static void unpark(Thread thread) {if (thread != null)// 直接調用unsafe的unpark方法將線程喚醒UNSAFE.unpark(thread);} }

老王：由于我們自己編寫的java程序不能直接使用unsafe工具類，所以啊JDK還是有一些工具類對unsafe類的功能進行封裝，然后我們就直接使用這些封裝的工具類即可。

內存屏障

unsafe提供了幾種內存屏障：

// 在該方法之前的所有讀操作，一定在load屏障之前執行完成 public native void loadFence(); // 在該方法之前的所有寫操作，一定在store屏障之前執行完成 public native void storeFence(); // 在該方法之前的所有讀寫操作，一定在full屏障之前執行完成，這個內存屏障相當于上面兩個的合體功能 public native void fullFence();

老王：小陳啊，關于上述講解的unsafe提供的幾類操作系統級別的功能，理解清楚了嗎？

小陳：恩恩，大致上清楚了，我看比較重要的還是：內存級別操作數據，cas操作，線程掛起park和喚醒unpark。

老王：那我們本章就先到這里了，我們下一章節再聊。

小陳：我們下一章見。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的14.JDK底层Unsafe类是个啥东西？的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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