前言
Unsafe是位于sun.misc包下的一个类。Unsafe提供的API大致可分为内存操作、CAS、Class相关、对象操作、线程调度、系统信息获取、内存屏障、数组操作等几类。由于并发相关的源码很多用到了CAS，比如java.util.concurrent.atomic相关类、AQS、CurrentHashMap等相关类。所以本文主要讲Unsafe中CAS的实现。笔者源码环境为 OpenJDK8。
CAS相关
主要相关源码
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public final native boolean compareAndSwapObject(Object o, long offset,
Object expected,
Object x);
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);
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CAS是实现并发算法时常用到的一种技术。CAS操作包含三个操作数——内存位置、预期原值及新值。执行CAS操作的时候，将内存位置的值与预期原值比较，如果相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值，否则，处理器不做任何操作。我们都知道，CAS是一条CPU的 原子指令（cmpxchg指令），不会造成所谓的数据不一致问题，Unsafe提供的CAS方法（如compareAndSwapXXX）底层实现即为CPU指令cmpxchg。
说明：对象的基地址baseAddress+valueOffset得到value的内存地址valueAddress
Unsafe类获取
首先看下Unsafe的单例实现
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| private static final Unsafe theUnsafe = new Unsafe();
@CallerSensitive
public static Unsafe getUnsafe() {
Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
if (!VM.isSystemDomainLoader(caller.getClassLoader()))
throw new SecurityException("Unsafe");
return theUnsafe;
}
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那如若想使用这个类，该如何获取其实例？有如下两个可行方案。
其一，从 getUnsafe 方法的使用限制条件出发，通过Java命令行命令 -Xbootclasspath/a 把调用Unsafe相关方法的类A所在jar包路径追加到默认的bootstrap路径中，使得A被引导类加载器加载，从而通过 Unsafe.getUnsafe 方法安全的获取Unsafe实例。
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| java -Xbootclasspath/a: ${path}
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其二，通过反射获取单例对象theUnsafe。
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| @Slf4j
public class UnsafeTest {
private static Unsafe reflectGetUnsafe() {
try {
Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
field.setAccessible(true);
return (Unsafe) field.get(null);
} catch (Exception e) {
log.error(e.getMessage(), e);
return null;
}
}
public static void main(String[] args) {
Unsafe unsafe = UnsafeTest.reflectGetUnsafe();
}
}
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CAS演练
- 创建一个类
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| @Getter@Setter
public class User {
private String name;
private int age;
}
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- 反射获取Unsafe并测试CAS
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| @Slf4j
public class UnsafeTest {
private static Unsafe reflectGetUnsafe() {
try {
Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
field.setAccessible(true);
return (Unsafe) field.get(null);
} catch (Exception e) {
log.error(e.getMessage(), e);
return null;
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception{
Unsafe unsafe = UnsafeTest.reflectGetUnsafe();
User user = (User)unsafe.allocateInstance(User.class);
user.setName("admin");
user.setAge(17);
Field name = User.class.getDeclaredField("name");
Field age = User.class.getDeclaredField("age");
long nameOffset = unsafe.objectFieldOffset(name);
long ageOffset = unsafe.objectFieldOffset(age);
System.out.println("name内存偏移地址:" + nameOffset);
System.out.println("age 内存偏移地址:" + ageOffset);
System.out.println("---------------------");
int currentValue = unsafe.getIntVolatile(user, ageOffset);
System.out.println("age内存当前值:" + currentValue);
boolean casAge = unsafe.compareAndSwapInt(user, ageOffset, 17, 18);
System.out.println("age进行CAS更新成功:" + casAge);
System.out.println("age更新后的值:" + user.getAge());
System.out.println("---------------------");
unsafe.putObjectVolatile(user, nameOffset, "test");
System.out.println("name更新后的值:" + unsafe.getObjectVolatile(user, nameOffset));
}
}
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结果输出
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| name内存偏移地址:16
age 内存偏移地址:12
---------------------
age内存当前值:17
age进行CAS更新成功:true
age更新后的值:18
---------------------
name更新后的值:test
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Unsafe中CAS操作是原子性的，所以在秒杀、库存扣减中也可以使用Unsafe来扣减库存。
结语
本文对Java中的sun.misc.Unsafe的用法及应用场景进行了基本介绍，仅做后续源码阅读的铺垫。到此，本篇文章就写完了，感谢大家的阅读！如果您觉得对您有帮助，请关注公众号【当我遇上你】。
