1. 前言：
   Unsafe是Java中一个底层类，包含了很多基础的操作，比如数组操作、对象操作、内存操作、CAS操作、线程(park)操作、栅栏（Fence）操作，JUC包、一些三方框架都使用Unsafe类来保证并发安全。
2. 介绍：
   1. 获取Unsafe对象
      Unsafe构造方法为私有，虽然提供了一个getUnsafe静态方法，但会判断加载这个类的加载器是否为null，即判断加载器是否为Bootstrap ClassLoader。用户创建的类默认都是由App ClassLoader进行加载，因此自己编写的代码不使用特殊方式是无法获取到Unsafe实例，观察源码得知，可以使用反射获取theUnsafe属性，从而获得实例，代码示例如下：
       

      Unsafe unsafe = null;//get unsafe objectField getUnsafe = null;try {    getUnsafe = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");    getUnsafe.setAccessible(true);    unsafe = (Unsafe) getUnsafe.get(null);} catch (NoSuchFieldException e) {    e.printStackTrace();}

   2. 基本操作
      1. 数组操作
         可以获取数组的在内容中的基本偏移量（arrayBaseOffset），获取数组内元素的间隔（比例），根据数组对象和偏移量获取元素值（getObject），设置数组元素值（putObject），示例如下。
         
          

         String[] strings = new String[]{"1","2","3"};long i = unsafe.arrayBaseOffset(String[].class);System.out.println("string[] base offset is :"+i);//every index scalelong scale = unsafe.arrayIndexScale(String[].class);System.out.println("string[] index scale is "+scale);//print first string in strings[]System.out.println("first element is :"+unsafe.getObject(strings, i));//set 100 to first stringunsafe.putObject(strings,i+scale*0,"100");//print first string in strings[] againSystem.out.println("after set ,first element is :"+unsafe.getObject(strings, i+scale*0));

      2. 对象操作
         可以通过类的class对象创建类对象（allocateInstance），获取对象属性的偏移量（objectFieldOffset），通过偏移量设置对象的值（putObject），示例如下。
         
          

         public class User {    private String username;    private int age;    public int getAge() {        return age;    }    public void setAge(int age) {        this.age = age;    }    public String getUsername() {        return username;    }    public void setUsername(String username) {        this.username = username;    }}

         try {    User user = (User) unsafe.allocateInstance(User.class);    //simple set username    user.setUsername("123");    System.out.println("simple set,allocate Intstance user name："+user.getUsername());    Field usernameField = User.class.getDeclaredField("username");    long objectFieldOffset = unsafe.objectFieldOffset(usernameField);    //use unsafe set    unsafe.putObject(user,objectFieldOffset,"456");    System.out.println("use unsafe,allocate Intstance user name："+user.getUsername());} catch (InstantiationException e) {    e.printStackTrace();} catch (NoSuchFieldException e) {    e.printStackTrace();}

      3. 内存操作
         可以在Java内存区域中分配内存（allocateMemory），设置内存（setMemory，用于初始化），在指定的内存位置中设置值（putInt\putBoolean\putDouble等基本类型），示例如下。

         //分配一个8byte的内存long address = unsafe.allocateMemory(8L);//初始化内存填充0unsafe.setMemory(address,8L,(byte) 0);//测试输出System.out.println("add byte to memory:"+unsafe.getInt(address));//设置0-3 4个byte为0x7fffffffunsafe.putInt(address,0x7fffffff);//设置4-7 4个byte为0x80000000unsafe.putInt(address+4,0x80000000);//int占用4byteSystem.out.println("add byte to memory:"+unsafe.getInt(address));System.out.println("add byte to memory:"+unsafe.getInt(address+4));

      4. 常量获取
         可以获取地址大小（addressSize），页大小（pageSize），基本类型数组的偏移量（Unsafe.ARRAY_INT_BASE_OFFSET\Unsafe.ARRAY_BOOLEAN_BASE_OFFSET等）、基本类型数组内元素的间隔（Unsafe.ARRAY_INT_INDEX_SCALE\Unsafe.ARRAY_BOOLEAN_INDEX_SCALE等），示例如下。
          

         //get os address sizeSystem.out.println("address size is :"+unsafe.addressSize());//get os page sizeSystem.out.println("page size is :"+unsafe.pageSize());//int array base offsetSystem.out.println("unsafe array int base offset:"+Unsafe.ARRAY_INT_BASE_OFFSET);

      5. 线程许可
         许可线程通过（park），或者让线程等待许可(unpark)，示例如下。

         Thread parkThread = new Thread(new Runnable() {    @Override    public void run() {        long startTime = System.currentTimeMillis();        //纳秒，相对时间park        unsafe.park(false,3000000000L);        //毫秒，绝对时间park        //unsafe.park(true,System.currentTimeMillis()+3000);        System.out.println("main thread end,cost :"+(System.currentTimeMillis()-startTime)+"ms");    }});parkThread.start();try {    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);} catch (InterruptedException e) {    e.printStackTrace();}//注释掉下一行后，线程3秒数后进行输出,否则在1秒后输出unsafe.unpark(parkThread);

      6. CAS操作
         Compare And Swap（比较并交换），当需要改变的值为期望的值时，那么就替换它为新的值，是原子（不可在分割）的操作。很多并发框架底层都用到了CAS操作，CAS操作优势是无锁，可以减少线程切换耗费的时间，但CAS经常失败运行容易引起性能问题，也存在ABA问题。在Unsafe中包含compareAndSwapObject、compareAndSwapInt、compareAndSwapLong三个方法，compareAndSwapInt的简单示例如下。

         //参考 介绍-基本操作-对象操作中的User定义User user = new User();user.setAge(1);try {    Field ageField = user.getClass().getDeclaredField("age");    long l = unsafe.objectFieldOffset(ageField);    ageField.setAccessible(true);    //比较并交换，比如age的值如果是所期望的值1，那么就替换为2，否则不做处理    unsafe.compareAndSwapInt(user,l,1,2);    System.out.println("user age is :" + user.getAge());} catch (NoSuchFieldException e) {    e.printStackTrace();}

      7. 内存栅栏
         用于防止指令重排序，包含fullFence，loadFence，StoreFence三个方法。现代的CPU运行速度很快，很多指令重排序的例子已经无法得到想要的效果，因此借用stackoverflow上的一段伪代码示例。
          

         // CPU 0:void shutDownWithFailure(void){  failure = 1; // must use SOB as this is owned by CPU 1  SFENCE // next instruction will execute after all SOBs are processed  shutdown = 1; // can execute immediately as it is owned be CPU 0}// CPU1:void workLoop(void){  while (shutdown == 0) { ... }  LFENCE // next instruction will execute after all LOBs are processed  if (failure) { ...}}

PS：

• 在Java新版本开发的过程中，曾经传出Oracle要移除掉Unsafe类，引起了很大的恐慌，但在Java9发布时，发现jdk.internal.misc包路径出现了Unsafe类，不仅开放使用而且还增加了大量的注释方便理解，说明Java在开源的道路上依然在前进。
• 对于getXXVolatile的理解：如果一个Java变量被Volatile修饰，使用此方法则可以获得内存内最新的值，而不是线程缓存；如果普通的Java变量使用此方法，那么和使用getXX()方法效果一样，可能获取到的事线程缓存。

参考书籍及网址：

• 《深入理解Java虚拟机》
•   https://stackoverflow.com/questions/23603304/java-8-unsafe-xxxfence-instructions

PS：研究基于MAC+Idea+JDK1.8 64位

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