JAVA并发编程学习笔记之Unsafe类

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java不能直接访问操作系统底层，而是通过本地方法来访问。Unsafe类提供了硬件级别的原子操作，主要提供了以下功能：

1、通过Unsafe类可以分配内存，可以释放内存；

类中提供的3个本地方法allocateMemory、reallocateMemory、freeMemory分别用于分配内存，扩充内存和释放内存，与C语言中的3个方法对应。

2、可以定位对象某字段的内存位置，也可以修改对象的字段值，即使它是私有的；

[java]
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public native long allocateMemory(long l);  
public native long reallocateMemory(long l, long l1);  
public native void freeMemory(long l);  

字段的定位：
JAVA中对象的字段的定位可能通过staticFieldOffset方法实现，该方法返回给定field的内存地址偏移量，这个值对于给定的filed是唯一的且是固定不变的。
getIntVolatile方法获取对象中offset偏移地址对应的整型field的值,支持volatile load语义。

getLong方法获取对象中offset偏移地址对应的long型field的值

数组元素定位：
Unsafe类中有很多以BASE_OFFSET结尾的常量，比如ARRAY_INT_BASE_OFFSET，ARRAY_BYTE_BASE_OFFSET等，这些常量值是通过arrayBaseOffset方法得到的。arrayBaseOffset方法是一个本地方法，可以获取数组第一个元素的偏移地址。Unsafe类中还有很多以INDEX_SCALE结尾的常量，比如 ARRAY_INT_INDEX_SCALE ， ARRAY_BYTE_INDEX_SCALE等，这些常量值是通过arrayIndexScale方法得到的。arrayIndexScale方法也是一个本地方法，可以获取数组的转换因子，也就是数组中元素的增量地址。将arrayBaseOffset与arrayIndexScale配合使用，可以定位数组中每个元素在内存中的位置。

[java]
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public final class Unsafe {  
    public static final int ARRAY_INT_BASE_OFFSET;  
    public static final int ARRAY_INT_INDEX_SCALE;  
  
    public native long staticFieldOffset(Field field);  
    public native int getIntVolatile(Object obj, long l);  
    public native long getLong(Object obj, long l);  
    public native int arrayBaseOffset(Class class1);  
    public native int arrayIndexScale(Class class1);  
  
    static   
    {  
        ARRAY_INT_BASE_OFFSET = theUnsafe.arrayBaseOffset([I);  
        ARRAY_INT_INDEX_SCALE = theUnsafe.arrayIndexScale([I);  
    }  
}  

3、挂起与恢复

将一个线程进行挂起是通过park方法实现的，调用 park后，线程将一直阻塞直到超时或者中断等条件出现。unpark可以终止一个挂起的线程，使其恢复正常。整个并发框架中对线程的挂起操作被封装在 LockSupport类中，LockSupport类中有各种版本pack方法，但最终都调用了Unsafe.park()方法。

[java]
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public class LockSupport {  
    public static void unpark(Thread thread) {  
        if (thread != null)  
            unsafe.unpark(thread);  
    }  
  
    public static void park(Object blocker) {  
        Thread t = Thread.currentThread();  
        setBlocker(t, blocker);  
        unsafe.park(false, 0L);  
        setBlocker(t, null);  
    }  
  
    public static void parkNanos(Object blocker, long nanos) {  
        if (nanos > 0) {  
            Thread t = Thread.currentThread();  
            setBlocker(t, blocker);  
            unsafe.park(false, nanos);  
            setBlocker(t, null);  
        }  
    }  
  
    public static void parkUntil(Object blocker, long deadline) {  
        Thread t = Thread.currentThread();  
        setBlocker(t, blocker);  
        unsafe.park(true, dea
b6f0
dline);  
        setBlocker(t, null);  
    }  
  
    public static void park() {  
        unsafe.park(false, 0L);  
    }  
  
    public static void parkNanos(long nanos) {  
        if (nanos > 0)  
            unsafe.park(false, nanos);  
    }  
  
    public static void parkUntil(long deadline) {  
        unsafe.park(true, deadline);  
    }  
}  

4、CAS操作
是通过compareAndSwapXXX方法实现的

[java]
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/** 
* 比较obj的offset处内存位置中的值和期望的值，如果相同则更新。此更新是不可中断的。 
*  
* @param obj 需要更新的对象 
* @param offset obj中整型field的偏移量 
* @param expect 希望field中存在的值 
* @param update 如果期望值expect与field的当前值相同，设置filed的值为这个新值 
* @return 如果field的值被更改返回true 
*/  
public native boolean compareAndSwapInt(Object obj, long offset, int expect, int update);  

CAS操作有3个操作数，内存值M，预期值E，新值U，如果M==E，则将内存值修改为B，否则啥都不做。