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Unsafe是位于sun.misc包下的一个类，主要提供一些用于执行低级别、不安全操作的方法，如直接访问系统内存资源、自主管理内存资源等，这些方法在提升Java运行效率、增强Java语言底层资源操作能力方面起到了很大的作用。但由于Unsafe类使Java语言拥有了类似C语言指针一样操作内存空间的能力，这无疑也增加了程序发生相关指针问题的风险。在程序中过度、不正确使用Unsafe类会使得程序出错的概率变大，使得Java这种安全的语言变得不再“安全”，因此对Unsafe的使用一定要慎重。
本文对sun.misc.Unsafe公共API功能及相关应用场景进行介绍。
基本介绍：
如下Unsafe源码所示，Unsafe类为一单例实现，提供静态方法getUnsafe()获取Unsafe实例，当且仅当调用getUnsafe方法的类为引导类加载器所加载时才合法，否则抛出SecurityException异常。
pubic class Unsafe{
//单例对象
private static final Unsafe theUnsafe;
private Unsafe(){
}
@CallerSensitive
public static Unsafe getUnsafe() {
Class var0 = Reflection.getCallerClass();
//仅在引导类加载器BootstrapClassLoader加载时才合法
if (!VM.isSystemDomainLoader(var0.getClassLoader())) {
throw new SecurityException("Unsafe");
} else {
return theUnsafe;
}
}
}
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。
java -Xbootclasspath/a:${path} // 其中path为调用Unsafe相关方法的类所在jar包路径
其二，通过反射获取单例对象theUnsafe。
private static Unsafe reflectionGetUnsafe(){
try{
Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
field.setAccessible(true);
return (Unsafe) field.get(null);
}catch(Exception e){
logger.error(e.getMesage(),e);
return null;
}
}
功能介绍：
如上图所示，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，下面将对其相关方法和应用场景进行详细介绍。
内存操作：
这部分主要包含堆外内存的分配、拷贝、释放、给定地址值操作等方法。
//分配内存, 相当于C++的malloc函数 public native long allocateMemory(long bytes); //扩充内存 public native long reallocateMemory(long address, long bytes); //释放内存 public native void freeMemory(long address); //在给定的内存块中设置值 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); //获取给定地址值，忽略修饰限定符的访问限制。与此类似操作还有: getInt，getDouble，getLong，getChar等 public native Object getObject(Object o, long offset); //为给定地址设置值，忽略修饰限定符的访问限制，与此类似操作还有: putInt,putDouble，putLong，putChar等 public native void putObject(Object o, long offset, Object x); //获取给定地址的byte类型的值（当且仅当该内存地址为allocateMemory分配时，此方法结果为确定的） public native byte getByte(long address); //为给定地址设置byte类型的值（当且仅当该内存地址为allocateMemory分配时，此方法结果才是确定的） public native void putByte(long address, byte x);
通常，我们在Java中创建的对象都处于堆内内存（heap）中，堆内内存是由JVM所管控的Java进程内存，并且它们遵循JVM的内存管理机制，JVM会采用垃圾回收机制统一管理堆内内存。与之相对的是堆外内存，存在于JVM管控之外的内存区域，Java中对堆外内存的操作，依赖于Unsafe提供的操作堆外内存的native方法。
使用堆外内存的原因：
- 对垃圾回收停顿的改善。由于堆外内存是直接受操作系统管理而不是JVM，所以当我们使用堆外内存时，即可保持较小的堆内内存规模。从而在GC时减少回收停顿对于应用的影响。
- 提升程序I/O操作的性能。通常在I/O通信过程中，会存在堆内内存到堆外内存的数据拷贝操作，对于需要频繁进行内存间数据拷贝且生命周期较短的暂存数据，都建议存储到堆外内存。
典型应用：
DirectByteBuffer是Java用于实现堆外内存的一个重要类，通常用在通信过程中做缓冲池，如在Netty、MINA等NIO框架中应用广泛。DirectByteBuffer对于堆外内存的创建、使用、销毁等逻辑均由Unsafe提供的堆外内存API来实现。
CAS相关：
线程调度：
Class相关：
对象操作：
数组相关：
内存屏障：
系统相关：