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Unsafe类是在sun.misc包下，不属于Java标准。但是很多Java的基础类库，包括一些被广泛使用的高性能开发库都是基于Unsafe类开发的，比如Netty、Cassandra、Hadoop、Kafka等。Unsafe类在提升Java运行效率，增强Java语言底层操作能力方面起了很大的作用。

Unsafe类使Java拥有了像C语言的指针一样操作内存空间的能力，同时也带来了指针的问题。过度的使用Unsafe类会使得出错的几率变大，因此Java官方并不建议使用的，官方文档也几乎没有。Oracle正在计划从Java 9中去掉Unsafe类，如果真是如此影响就太大了。

通常我们最好也不要使用Unsafe类，除非有明确的目的，并且也要对它有深入的了解才行。要想使用Unsafe类需要用一些比较tricky的办法。Unsafe类使用了单例模式，需要通过一个静态方法getUnsafe()来获取。但Unsafe类做了限制，如果是普通的调用的话，它会抛出一个SecurityException异常；只有由主类加载器加载的类才能调用这个方法。其源码如下：

public static Unsafe getUnsafe() {    Class var0 = Reflection.getCallerClass();    if(!VM.isSystemDomainLoader(var0.getClassLoader())) {        throw new SecurityException("Unsafe");    } else {        return theUnsafe;    }}

网上也有一些办法来用主类加载器加载用户代码，比如设置bootclasspath参数。但更简单方法是利用Java反射，方法如下：

Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); f.setAccessible(true); Unsafe unsafe = (Unsafe) f.get(null);

获取到Unsafe实例之后，我们就可以为所欲为了。Unsafe类提供了以下这些功能：

一、内存管理。包括分配内存、释放内存等。

该部分包括了allocateMemory（分配内存）、reallocateMemory（重新分配内存）、copyMemory（拷贝内存）、freeMemory（释放内存 ）、getAddress（获取内存地址）、addressSize、pageSize、getInt（获取内存地址指向的整数）、getIntVolatile（获取内存地址指向的整数，并支持volatile语义）、putInt（将整数写入指定内存地址）、putIntVolatile（将整数写入指定内存地址，并支持volatile语义）、putOrderedInt（将整数写入指定内存地址、有序或者有延迟的方法）等方法。getXXX和putXXX包含了各种基本类型的操作。

利用copyMemory方法，我们可以实现一个通用的对象拷贝方法，无需再对每一个对象都实现clone方法，当然这通用的方法只能做到对象浅拷贝。

二、非常规的对象实例化。

allocateInstance()方法提供了另一种创建实例的途径。通常我们可以用new或者反射来实例化对象，使用allocateInstance()方法可以直接生成对象实例，且无需调用构造方法和其它初始化方法。

这在对象反序列化的时候会很有用，能够重建和设置final字段，而不需要调用构造方法。

三、操作类、对象、变量。

这部分包括了staticFieldOffset（静态域偏移）、defineClass（定义类）、defineAnonymousClass（定义匿名类）、ensureClassInitialized（确保类初始化）、objectFieldOffset（对象域偏移）等方法。

通过这些方法我们可以获取对象的指针，通过对指针进行偏移，我们不仅可以直接修改指针指向的数据（即使它们是私有的），甚至可以找到JVM已经认定为垃圾、可以进行回收的对象。

四、数组操作。

这部分包括了arrayBaseOffset（获取数组第一个元素的偏移地址）、arrayIndexScale（获取数组中元素的增量地址）等方法。arrayBaseOffset与arrayIndexScale配合起来使用，就可以定位数组中每个元素在内存中的位置。

由于Java的数组最大值为Integer.MAX_VALUE，使用Unsafe类的内存分配方法可以实现超大数组。实际上这样的数据就可以认为是C数组，因此需要注意在合适的时间释放内存。

五、多线程同步。包括锁机制、CAS操作等。

这部分包括了monitorEnter、tryMonitorEnter、monitorExit、compareAndSwapInt、compareAndSwap等方法。

其中monitorEnter、tryMonitorEnter、monitorExit已经被标记为deprecated，不建议使用。

Unsafe类的CAS操作可能是用的最多的，它为Java的锁机制提供了一种新的解决办法，比如AtomicInteger等类都是通过该方法来实现的。compareAndSwap方法是原子的，可以避免繁重的锁机制，提高代码效率。这是一种乐观锁，通常认为在大部分情况下不出现竞态条件，如果操作失败，会不断重试直到成功。

六、挂起与恢复。

这部分包括了park、unpark等方法。

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。

七、内存屏障。

这部分包括了loadFence、storeFence、fullFence等方法。这是在Java 8新引入的，用于定义内存屏障，避免代码重排序。

loadFence() 表示该方法之前的所有load操作在内存屏障之前完成。同理storeFence()表示该方法之前的所有store操作在内存屏障之前完成。fullFence()表示该方法之前的所有load、store操作在内存屏障之前完成。

操作

在nio以前，是没有光明正大的做法的，有一个work around的办法是直接访问Unsafe类。如果你使用Eclipse，默认是不允许访问sun.misc下面的类的，你需要稍微修改一下，给Type Access Rules里面添加一条所有类都可以访问的规则：

在使用Unsafe类的时候：

Unsafe f = Unsafe.getUnsafe();

发现还是被拒绝了，抛出异常：

java.lang.SecurityException: Unsafe

正如Unsafe的类注释中写道：

Although the class and all methods are public, use of this class is limited because only trusted code can obtain instances of it.

于是，只能使用反射来做这件事； 

Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");        f.setAccessible(true);        Unsafe us = (Unsafe) f.get(null);        long id = us.allocateMemory(1024 * 1024 * 1024);

其中，allocateMemory返回一个指针，并且其中的数据是未初始化的。如果要释放这部分内存的话，需要调用freeMemory或者reallocateMemory方法。Unsafe对象提供了一系列put/get方法，例如putByte，但是只能一个一个byte地put，我不知道这样会不会影响效率，为什么不提供一个putByteArray的方法呢？

示例：

import sun.misc.Unsafe;public class ObjectInHeap{	private long address = 0;	private Unsafe unsafe = GetUsafeInstance.getUnsafeInstance();	public ObjectInHeap()	{		address = unsafe.allocateMemory(2 * 1024 * 1024);	}	// Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError	public static void main(String[] args)	{		while (true)		{			ObjectInHeap heap = new ObjectInHeap();			System.out.println("memory address=" + heap.address);		}	}}

这段代码会抛出OutOfMemoryError。这是因为ObjectInHeap对象是在堆内存中分配的，当该对象被垃圾回收的时候，并不会释放堆外内存，因为使用Unsafe获取的堆外内存，必须由程序显示的释放，JVM不会帮助我们做这件事情。由此可见，使用Unsafe是有风险的，很容易导致内存泄露。

4、正确释放Unsafe分配的堆外内存

        虽然第3种情况的ObjectInHeap存在内存泄露，但是这个类的设计是合理的，它很好的封装了直接内存，这个类的调用者感受不到直接内存的存在。那怎么解决ObjectInHeap中的内存泄露问题呢？可以覆写Object.finalize()，当堆中的对象即将被垃圾回收器释放的时候，会调用该对象的finalize。由于JVM只会帮助我们管理内存资源，不会帮助我们管理数据库连接，文件句柄等资源，所以我们需要在finalize自己释放资源。

import sun.misc.Unsafe;public class RevisedObjectInHeap{	private long address = 0;	private Unsafe unsafe = GetUsafeInstance.getUnsafeInstance();	// 让对象占用堆内存,触发[Full GC	private byte[] bytes = null;	public RevisedObjectInHeap()	{		address = unsafe.allocateMemory(2 * 1024 * 1024);		bytes = new byte[1024 * 1024];	}	@Override	protected void finalize() throws Throwable	{		super.finalize();		System.out.println("finalize." + bytes.length);		unsafe.freeMemory(address);	}	public static void main(String[] args)	{		while (true)		{			RevisedObjectInHeap heap = new RevisedObjectInHeap();			System.out.println("memory address=" + heap.address);		}	}}

我们覆盖了finalize方法，手动释放分配的堆外内存。如果堆中的对象被回收，那么相应的也会释放占用的堆外内存。这里有一点需要注意下：

// 让对象占用堆内存,触发[Full GCprivate byte[] bytes = null;

这行代码主要目的是为了触发堆内存的垃圾回收行为，顺带执行对象的finalize释放堆外内存。如果没有这行代码或者是分配的字节数组比较小，程序运行一段时间后还是会报OutOfMemoryError。这是因为每当创建1个RevisedObjectInHeap对象的时候，占用的堆内存很小（就几十个字节左右），但是却需要占用2M的堆外内存。这样堆内存还很充足（这种情况下不会执行堆内存的垃圾回收），但是堆外内存已经不足，所以就不会报OutOfMemoryError。

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