Java中Unsafe的作用解析危险操作类-java教程-PHP中文网

Java中Unsafe的作用解析危险操作类

尼克

发布： 2025-06-29 14:56:01

原创

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unsafe能做什么？1.内存管理：直接分配、释放内存，拷贝内存区域。2.cas操作：实现无锁并发编程。3.对象操作：创建对象实例，修改对象字段（包括final字段）。4.线程调度：挂起和恢复线程。5.类加载：定义和加载类。6.其他：访问系统信息、执行本地代码等。为何使用unsafe？性能优化，在高并发或需直接操作内存的场景下显著提升效率。使用风险包括安全漏洞、可移植性差、维护困难。应用场景如高性能数据结构、内存数据库、rpc框架、jvm底层实现。获取实例通常通过反射，并调整jvm参数。常用方法包括allocatememory、freememory、cas相关操作等。安全使用应限制范围、充分测试、理解原理、严格审查。它被认为危险是因为打破java内存安全模型，可能导致内存泄漏、程序崩溃等问题。使用unsafe不一定代表代码质量差，关键在于合理使用与风险控制。未来版本可能不会直接移除，但会限制其使用并提供替代方案如varhandle、jni、高性能集合库等。

Java中Unsafe的作用解析危险操作类

Java中的Unsafe类，简单来说，就是Java提供的一个后门，允许你直接操作内存，绕过JVM的安全机制。这既是它的强大之处，也是它危险的根源。它能让你做很多正常情况下Java做不到的事情，比如直接分配内存、操作对象内部的私有变量等等。

Unsafe类主要作用是提供了一些绕开JVM安全机制的方法，允许Java代码像C/C++一样直接操作内存。

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`Unsafe`能做什么？

内存管理： 直接分配、释放内存，拷贝内存区域。
CAS操作： 无锁并发编程的基础，Compare and Swap。
对象操作： 创建对象实例，修改对象字段，甚至包括final修饰的字段。
线程调度： 线程挂起和恢复。
类加载： 定义类，加载类。
其他： 访问系统信息，执行本地代码等等。

为什么要用`Unsafe`？

性能！在某些极端情况下，使用Unsafe可以显著提升性能。例如，高并发场景下的无锁数据结构，或者需要直接操作内存的场景。

使用`Unsafe`的风险是什么？

安全风险： Unsafe绕过了JVM的安全机制，如果使用不当，可能导致程序崩溃、数据损坏，甚至被恶意利用。
可移植性问题： Unsafe依赖于底层平台，在不同的操作系统或JVM上，行为可能不一致。
维护性问题： 使用Unsafe的代码通常难以理解和维护，容易出错。

`Unsafe`的使用场景有哪些？

高性能数据结构

例如，ConcurrentHashMap的底层实现就用到了Unsafe的CAS操作，来实现无锁并发更新。

内存数据库

一些内存数据库，如Redis的Java客户端，会使用Unsafe来直接操作内存，提高性能。

RPC框架

一些RPC框架，为了提高序列化和反序列化的性能，会使用Unsafe来直接操作对象字段。

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JVM底层

JVM本身也大量使用了Unsafe，例如，sun.misc.Signal类，用于处理信号。

如何获取`Unsafe`实例？

Unsafe类的构造方法是私有的，不能直接创建实例。通常，可以通过反射来获取Unsafe实例：

import java.lang.reflect.Field;
import sun.misc.Unsafe;

public class UnsafeUtils {

    private static Unsafe unsafe;

    static {
        try {
            Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
            f.setAccessible(true);
            unsafe = (Unsafe) f.get(null);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public static Unsafe getUnsafe() {
        return unsafe;
    }
}

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注意，这段代码需要添加--add-opens java.base/java.lang=ALL-UNNAMED到JVM启动参数中，才能访问Unsafe类的私有字段。或者，在模块描述符中打开访问权限。

`Unsafe`的常用方法有哪些？

allocateMemory(long bytes)： 分配指定大小的内存。
freeMemory(long address)： 释放指定地址的内存。
putByte(long address, byte x)： 在指定地址写入一个字节。
getByte(long address)： 从指定地址读取一个字节。
putInt(Object o, long offset, int x)： 在指定对象的指定偏移量处写入一个整数。
getInt(Object o, long offset)： 从指定对象的指定偏移量处读取一个整数。
compareAndSwapInt(Object o, long offset, int expected, int x)： 比较并交换指定对象的指定偏移量处的整数。
getObject(Object o, long offset)： 从指定对象的指定偏移量处读取一个对象引用。
putObject(Object o, long offset, Object x)： 在指定对象的指定偏移量处写入一个对象引用。
objectFieldOffset(Field f)： 获取指定字段在对象中的偏移量。
allocateInstance(Class<?> cls)： 创建指定类的实例，但不调用构造方法。

如何安全地使用`Unsafe`？

最小化使用范围： 尽量将Unsafe的使用限制在最小的范围内，并进行封装。
充分测试： 对使用Unsafe的代码进行充分的测试，确保没有潜在的风险。
了解底层原理： 深入了解Unsafe的底层原理，避免出现意想不到的错误。
代码审查： 对使用Unsafe的代码进行严格的代码审查，确保代码的安全性。

为什么`Unsafe`会被认为是“危险”的？

因为它打破了Java的内存安全模型。Java通过JVM的内存管理机制，避免了C/C++中常见的内存泄漏、野指针等问题。而Unsafe允许你直接操作内存，这意味着你可以像C/C++一样，手动分配和释放内存，这也就引入了潜在的风险。

使用`Unsafe`是否意味着代码一定不好？

不一定。在某些特定的场景下，使用Unsafe可以显著提升性能。关键在于，你需要充分了解Unsafe的风险，并采取相应的措施来避免这些风险。如果你的代码不需要极致的性能，或者你对Unsafe的风险没有充分的了解，那么最好还是避免使用它。

`Unsafe`在未来的Java版本中会被移除吗？

这是一个很有意思的问题。虽然Unsafe被认为是“危险”的，但是它在Java生态系统中扮演着重要的角色。很多高性能的库和框架都依赖于Unsafe。如果直接移除Unsafe，会对这些库和框架造成很大的影响。

因此，更有可能的是，Java会逐步限制Unsafe的使用范围，并提供一些更安全、更高级的API来替代Unsafe的功能。例如，Java 9引入了VarHandle，它提供了一种更安全、更灵活的方式来访问对象字段。

替代`Unsafe`的方案有哪些？

VarHandle： Java 9引入的VarHandle，提供了一种更安全、更灵活的方式来访问对象字段，可以替代Unsafe的部分功能。
JNI： 如果你需要访问底层平台的功能，可以使用JNI。JNI允许你使用C/C++编写代码，并在Java中调用这些代码。
高性能集合库： 例如，Eclipse Collections、HPPC等，这些库提供了很多高性能的数据结构，可以替代Unsafe的部分使用场景。
Java Native Memory Tracking (NMT): 用于追踪JVM使用的Native Memory，帮助定位内存泄漏问题，虽然不能直接替代Unsafe，但可以更好地监控和管理Unsafe分配的内存。

以上就是Java中Unsafe的作用解析危险操作类的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！