在看 Java并發(fā)包(java.util.concurrent)中大量使用了CAS操作，CAS即 Compare And Swap(CAS)，比較并交換，其中由sun.misc.Unsafe實(shí)現(xiàn)，Unsafe類提供了硬件級(jí)別的原子操作，Java無法直接訪問到操作系統(tǒng)底層（如系統(tǒng)硬件等)，為此Java使用native方法來擴(kuò)展Java程序的功能。具體實(shí)現(xiàn)使用c++。 牛B，**Unsafe類提供了硬件級(jí)別的原子操作**，但到底是什么意思呢？CAS從字面意思上就有兩部分：1、讀取并比較；2、判斷并決定是否交換。然后把這兩步驟作為原子操作，這樣就能保證線程安全
幾句關(guān)于
Unsafe的并發(fā)性。compareAndSwap方法是
原子的,并且可用來實(shí)現(xiàn)高性能的、無鎖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。比如,考慮問題:在使用大量線程的共享對象上增長值。...
Java是一門安全的編程語言，防止程序員犯很多愚蠢的錯(cuò)誤，它們大部分是基于內(nèi)存管理的。但是，有一種方式可以有意的執(zhí)行一些不安全、容易犯錯(cuò)的操作，那就是使用
Unsafe類。
CAS操作有3個(gè)操作數(shù)，內(nèi)存值M，預(yù)期值E，新值U，如果M==E，則將內(nèi)存值修改為B，否則啥都不做。
sun.misc.Unsafe這個(gè)類是如此地不安全，以至于JDK開發(fā)者增加了很多特殊限制來訪問它。它的構(gòu)造器是私有的，工廠方法
getUnsafe()的調(diào)用器只能被Bootloader加載。如你在下面代碼片段的第8行所見，這個(gè)家伙甚至沒有被任何類加載器加載，所以它的類加載器是
null。它會(huì)拋出
SecurityException 異常來阻止侵入者。
public final class Unsafe {
...
private Unsafe() {}
private static final Unsafe theUnsafe = new Unsafe();
...
public static Unsafe getUnsafe() {
Class cc = sun.reflect.Reflection.getCallerClass(2);
if (cc.getClassLoader() != null)
throw new SecurityException("Unsafe");
return theUnsafe;
}
...
public static Unsafe getUnsafe() {
try {
Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
f.setAccessible(true);
return (Unsafe)f.get(null);
} catch (Exception e) {
/* ... */
}
}
Unsafe一些有用的特性
- 虛擬機(jī)“集約化”（VM intrinsification）：如用于無鎖Hash表中的CAS（比較和交換）。再比如compareAndSwapInt這個(gè)方法用JNI調(diào)用，包含了對CAS有特殊引導(dǎo)的本地代碼。在這里你能讀到更多關(guān)于CAS的信息：http://en.wikipedia.org/wiki/Compare-and-swap。
- 主機(jī)虛擬機(jī)（譯注：主機(jī)虛擬機(jī)主要用來管理其他虛擬機(jī)。而虛擬平臺(tái)我們看到只有g(shù)uest VM）的sun.misc.Unsafe功能能夠被用于未初始化的對象分配內(nèi)存（用allocateInstance方法），然后將構(gòu)造器調(diào)用解釋為其他方法的調(diào)用。
- 你可以從本地內(nèi)存地址中追蹤到這些數(shù)據(jù)。使用java.lang.Unsafe類獲取內(nèi)存地址是可能的。而且可以通過unsafe方法直接操作這些變量！
- 使用allocateMemory方法，內(nèi)存可以被分配到堆外。例如當(dāng)allocateDirect方法被調(diào)用時(shí)DirectByteBuffer構(gòu)造器內(nèi)部會(huì)使用allocateMemory。
- arrayBaseOffset和arrayIndexScale方法可以被用于開發(fā)arraylets，一種用來將大數(shù)組分解為小對象、限制掃描的實(shí)時(shí)消耗或者在大對象上做更新和移動(dòng)。
Unsafe.java是jdk并發(fā)類庫java.util.concurrent包中使用的底層類，該類中的方法都是通過native方法調(diào)用操作系統(tǒng)命令。
在多線程環(huán)境下，主要存在兩種特殊的場景：
1；多個(gè)線程同時(shí)訪問某個(gè)對象的方法，由于操作系統(tǒng)對線程調(diào)度的不確定性，存在使該對象的狀態(tài)處于不一致的狀態(tài)，為了避免這種情況的發(fā)生，我們可以聲明該方法為同步方法（synchronized）。保證某一時(shí)刻只有一個(gè)線程調(diào)用該方法，其它調(diào)用線程則被阻塞。這種方法在并發(fā)性很高的情況下會(huì)產(chǎn)生大量的線程調(diào)度開銷。從而影響程序的并發(fā)性能。在java.util.concurrent包中通過使用非阻塞原子方法，減少操作系統(tǒng)的無用線程調(diào)度開銷，從而提高并發(fā)性能。
2；多線程通過某個(gè)對象進(jìn)行通信，即常見的生產(chǎn)者消費(fèi)者模型。在以前的jdk版本中是通過wait,notify方法實(shí)現(xiàn)的。該方法也是通過底層在某個(gè)信號(hào)量上的阻塞隊(duì)列實(shí)現(xiàn)的。而Unsafe類中直接提供操作系統(tǒng)調(diào)度命令park,unpark,減少信號(hào)量的開銷，提高新能。
從上面可以看出，Unsafe類是通過提供底層的操作系統(tǒng)命令接口給開發(fā)者，從而提供程序的性能。