Unsafe类介绍

小灰灰 2020-05-14 14:53 925阅读 0赞

**Unsafe类介绍**
很多低级语言中可用的技巧在Java中都是不被允许的。Java是一个安全的开发工具，它阻止开发人员犯很多低级的错误，而大部份的错误都是基于内存管理方面的。我们知道JAVA作为高级语言的重要创新一点就是在于JVM的内存管理功能，这完全区别于C语言开发过程中需要对变量的内存分配小心控制，JVM很大程度解放了码农对于内存的调整。

一直以来，JAVA在大多数人心目中没有办法对内存进行操作的，其实不然，`Unsafe`类就是一把操作JAVA内存的钥匙。如果你想搞破坏，可以使用Unsafe这个类。这个类是属于sun.* API中的类。

Unsafe做操作的是直接内存区，所以该类没有办法通过HotSpot的GC进行回收，需要进行手动回收，因此在使用此类时需要注意内存泄漏（Memory Leak）和内存溢出（Out Of Memory）。

因为这是一个平台相关的类，因此在实际开发中，建议不要使用。

**1、实例化sun.misc.Unsafe**

Unsafe类提供了一个静态方法getUnsafe()来获取Unsafe的实例，但是如果你尝试调用Unsafe.getUnsafe()，会得到一个SecutiryException。这个类只有被JDK信任的类实例化。

但是这总会是有变通的解决办法的，一个简单的方式就是使用反射进行实例化：

```java
Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); // Internal reference
f.setAccessible(true);
Unsafe unsafe = (Unsafe) f.get(null);
```

**2、Unsafe内存操作案例**

**设置基本数据类型变量的值：**

```java
public class UnsafeDemo {
 
    private int i = 0;
 
    public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
        //获取Unsafe实例
        Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); // Internal reference
        f.setAccessible(true);
        Unsafe unsafe = (Unsafe) f.get(null);
 
        //获取字段i在内存中偏移量
        long offset = unsafe.objectFieldOffset(UnsafeDemo.class.getDeclaredField("i"));
 
        //创建对象实例，设置字段的值
        UnsafeDemo unsafeDemo = new UnsafeDemo();
        unsafe.putInt(unsafeDemo, offset, 100);
 
        //打印结果
        System.out.println(unsafeDemo.i);
    }
}
```

上述代码输出：

```
100
```

注意在这个案例中，我们不是直接给int型变量i赋值，而是通过调用以下方法进行赋值：

```java
unsafe.putInt(unsafeDemo, offset, 100);
```

其中offset是表示的是i在内存中的偏移量。何谓偏移量？

> JVM的实现可以自由选择如何实现Java对象的“布局”，也就是在内存里Java对象的各个部分放在哪里，包括对象的实例字段和一些元数据之类。sun.misc.Unsafe里关于对象字段访问的方法把对象布局抽象出来，它提供了objectFieldOffset()方法用于获取某个字段相对Java对象的“起始地址”的偏移量，也提供了getInt、getLong、getObject之类的方法可以使用前面获取的偏移量来访问某个Java对象的某个字段。

在上例中，我们通过putInt方法给一个int变量i赋值，类似的，Unsafe也提供了putLong、putFloat、putDouble、putChar、putByte、putShort、putBoolean、以及putObject等方法给对应类型的变量赋值。并提供了相应的get方法。

**突破限制创建实例**

通过allocateInstance()方法，你可以创建一个类的实例，但是却不需要调用它的构造函数、初使化代码、各种JVM安全检查以及其它的一些底层的东西。即使构造函数是私有，我们也可以通过这个方法创建它的实例。

（这个对`单例模式`情有独钟的程序员来说将会是一个噩梦，它们没有办法阻止这种方式调用）

看下面一个实例（注：为了配合这个主题，译者将原实例中的public构造函数修改为了私有的）：

```java
public class UnsafeDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Field f = Unsafe.class.getDeclaredField(theUnsafe); // Internal reference
        f.setAccessible(true);
        Unsafe unsafe = (Unsafe) f.get(null);
 
        // This creates an instance of player class without any initialization
        Player p = (Player) unsafe.allocateInstance(Player.class);
        System.out.println(p.getAge()); // Print 0
 
        p.setAge(45); // Let's now set age 45 to un-initialized object
        System.out.println(p.getAge()); // Print 45
    }
}
 
class Player {
    private int age = 12;
 
    private Player() {
        this.age = 50;
    }
 
    public int getAge() {
        return this.age;
    }
 
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}
```

总结sun.misc.Unsafe提供了可以随意查看及修改JVM中运行时的数据结构，尽管这些功能在JAVA开发本身是不适用的，Unsafe是一个用于研究学习HotSpot虚拟机非常棒的工具，因为它不需要调用C++代码，或者需要创建即时分析的工具。