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Unsafe类
java不能直接访问操作系统底层，而是通过本地方法来访问。Unsafe类提供了硬件级别的原子操作，主要提供了以下功能：
- 通过Unsafe类可以分配内存和释放内存
- 定位到对象某字段内存位置，即使他是私有的
- 挂起与恢复
- CAS操作
1、通过Unsafe类可以分配内存，可以释放内存；
类中提供的3个本地方法allocateMemory、reallocateMemory、freeMemory分别用于分配内存，扩充内存和释放内存，与C语言中的3个方法对应。
2、可以定位对象某字段的内存位置，也可以修改对象的字段值，即使它是私有的；
public native long allocateMemory(long l);
public native long reallocateMemory(long l, long l1);
public native void freeMemory(long l);
字段的定位：
JAVA中对象的字段的定位可能通过staticFieldOffset方法实现，该方法返回给定field的内存地址偏移量，这个值对于给定的filed是唯一的且是固定不变的。
getIntVolatile方法获取对象中offset偏移地址对应的整型field的值,支持volatile load语义。
getLong方法获取对象中offset偏移地址对应的long型field的值
public native long staticFieldOffset(Field f);
public native int getIntVolatile(Object o, long offset);
public native void putIntVolatile(Object o, long offset, int x);
public native long getLong(long address);
public native long getLongVolatile(Object o, long offset);
....
数组元素定位：
Unsafe类中有很多以BASE_OFFSET结尾和INDEX_SCALE的常量, 分别代表数组的第一元素的偏移地址和数组中元素的增量地址. 通过arrayBaseOffset方法获取数组第一个元素的偏移地址, arrayIndexScale方法获取数组的转换因子,也就是数组中元素的增量地址.将arrayBaseOffset与arrayIndexScale配合使用，可以定位数组中每个元素在内存中的位置。
public final class Unsafe {
public static final int ARRAY_INT_BASE_OFFSET;
public static final int ARRAY_INT_INDEX_SCALE;
public native int arrayBaseOffset(Class class1);
public native int arrayIndexScale(Class class1);
static {
ARRAY_INT_BASE_OFFSET = theUnsafe.arrayBaseOffset([I);
ARRAY_INT_INDEX_SCALE = theUnsafe.arrayIndexScale([I);
}
}
3、挂起与恢复
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。
// 是当前线程阻塞
public native void park(boolean var1, long var2);
- var1: isAbsolute, 为true是, 表示绝对时间;false是表示相对时间, 相对于park操作那一刻的时间;
- var2: 等待时长, var1 为true时, var2单位为毫秒; var1为false时, var2单位为纳秒, var2 = 0时, 表示要等待unpark()的唤醒后才会向下执行;
public class UnsafeTest {
private Unsafe unsafe = null;
/**
* 通过反射初始化unsafe对象；
* @throws IllegalAccessException [description]
*/
@Before
public void init() throws IllegalAccessException {
Class<Unsafe> unsafeClass = Unsafe.class;
Field unsafeField = unsafeClass.getDeclaredFields()[0];
unsafeField.setAccessible(true);
unsafe = (Unsafe)unsafeField.get(null);
}
/**
* isAbsolute为true, 使用绝对时间, 单位毫秒
*/
@Test
public void testPark() {
long start = System.currentTimeMillis();
unsafe.park(true, start + 5000);
System.out.println("wait time : " + (System.currentTimeMillis() - start));
// wait time 5000
}
/**
* isAbsolute为false, 等待时长为0, 表示一直等待, 知道遇到中断或者unpark()才会被唤醒
*/
@Test
public void testPark2() {
long start = System.currentTimeMillis();
unsafe.park(false, 0);
System.out.println("wait time : " + (System.currentTimeMillis() - start));
}
/**
* isAbsolute为false, 等待时长为3000000000, 单位纳秒, 即等待3秒钟
*/
@Test
public void testPark3() {
long start = System.currentTimeMillis();
unsafe.park(false, 3000000000l);
System.out.println("wait time : " + (System.currentTimeMillis() - start));
// wait time 3000
}
}
4. CAS操作是通过compareAndSwapXXX方法实现的
/**
* 比较obj的offset处内存位置中的值和期望的值，如果相同则更新。此更新是不可中断的。
* @param obj 需要更新的对象
* @param offset obj中整型field的偏移量
* @param expect 希望field中存在的值
* @param update 如果期望值expect与field的当前值相同，设置filed的值为这个新值
* @return 如果field的值被更改返回true
*/
public native boolean compareAndSwapInt(Object obj, long offset, int expect, int update);
CAS操作有3个操作数，内存值M，预期值E，新值U，如果M==E，则将内存值修改为B，否则啥都不做。