Java双刃剑之Unsafe类详解 (2)

在上面的例子中调用了Unsafe类的putInt和getInt方法,看一下源码中的方法:

public native int getInt(Object o, long offset); public native void putInt(Object o, long offset, int x);

先说作用,getInt用于从对象的指定偏移地址处读取一个int,putInt用于在对象指定偏移地址处写入一个int,并且即使类中的这个属性是private私有类型的,也可以对它进行读写。但是有细心的小伙伴可能发现了,这两个方法相对于我们平常写的普通方法,多了一个native关键字修饰,并且没有具体的方法逻辑,那么它是怎么实现的呢?

native方法

在java中,这类方法被称为native方法(Native Method),简单的说就是由java调用非java代码的接口,被调用的方法是由非java 语言实现的,例如它可以由C或C++语言来实现,并编译成DLL,然后直接供java进行调用。native方法是通过JNI(Java Native Interface)实现调用的,从 java1.1开始 JNI 标准就是java平台的一部分,它允许java代码和其他语言的代码进行交互。

Java双刃剑之Unsafe类详解

Unsafe类中的很多基础方法都属于native方法,那么为什么要使用native方法呢?原因可以概括为以下几点:

需要用到 java 中不具备的依赖于操作系统的特性,java在实现跨平台的同时要实现对底层的控制,需要借助其他语言发挥作用

对于其他语言已经完成的一些现成功能,可以使用java直接调用

程序对时间敏感或对性能要求非常高时,有必要使用更加底层的语言,例如C/C++甚至是汇编

在juc包的很多并发工具类在实现并发机制时,都调用了native方法,通过它们打破了java运行时的界限,能够接触到操作系统底层的某些功能。对于同一个native方法,不同的操作系统可能会通过不同的方式来实现,但是对于使用者来说是透明的,最终都会得到相同的结果,至于java如何实现的通过JNI调用其他语言的代码,不是本文的重点,会在后续的文章中具体学习。

Unsafe 应用

在对Unsafe的基础有了一定了解后,我们来看一下它的基本应用。由于篇幅有限,不能对所有方法进行介绍,如果大家有学习的需要,可以下载openJDK的源码进行学习。

1、内存操作

如果你是一个写过c或者c++的程序员,一定对内存操作不会陌生,而在java中是不允许直接对内存进行操作的,对象内存的分配和回收都是由jvm自己实现的。但是在Unsafe中,提供的下列接口可以直接进行内存操作:

//分配新的本地空间 public native long allocateMemory(long bytes); //重新调整内存空间的大小 public native long reallocateMemory(long address, long bytes); //将内存设置为指定值 public native void setMemory(Object o, long offset, long bytes, byte value); //内存拷贝 public native void copyMemory(Object srcBase, long srcOffset,Object destBase, long destOffset,long bytes); //清除内存 public native void freeMemory(long address);

使用下面的代码进行测试:

private void memoryTest() { int size = 4; long addr = unsafe.allocateMemory(size); long addr3 = unsafe.reallocateMemory(addr, size * 2); System.out.println("addr: "+addr); System.out.println("addr3: "+addr3); try { unsafe.setMemory(null,addr ,size,(byte)1); for (int i = 0; i < 2; i++) { unsafe.copyMemory(null,addr,null,addr3+size*i,4); } System.out.println(unsafe.getInt(addr)); System.out.println(unsafe.getLong(addr3)); }finally { unsafe.freeMemory(addr); unsafe.freeMemory(addr3); } }

先看结果输出:

addr: 2433733895744 addr3: 2433733894944 16843009 72340172838076673

分析一下运行结果,首先使用allocateMemory方法申请4字节长度的内存空间,在循环中调用setMemory方法向每个字节写入内容为byte类型的1,当使用Unsafe调用getInt方法时,因为一个int型变量占4个字节,会一次性读取4个字节,组成一个int的值,对应的十进制结果为16843009,可以通过图示理解这个过程:

Java双刃剑之Unsafe类详解

在代码中调用reallocateMemory方法重新分配了一块8字节长度的内存空间,通过比较addr和addr3可以看到和之前申请的内存地址是不同的。在代码中的第二个for循环里,调用copyMemory方法进行了两次内存的拷贝,每次拷贝内存地址addr开始的4个字节,分别拷贝到以addr3和addr3+4开始的内存空间上:

Java双刃剑之Unsafe类详解

拷贝完成后,使用getLong方法一次性读取8个字节,得到long类型的值为72340172838076673。

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