从JDK源码角度看java并发的原子性如何保证

JDK源码中，在研究AQS框架时，会发现很多地方都使用了CAS操作，在并发实现中CAS操作必须具备原子性，而且是硬件级别的原子性，java被隔离在硬件之上，明显力不从心，这时为了能直接操作操作系统层面，肯定要通过用C++编写的native本地方法来扩展实现。JDK提供了一个类来满足CAS的要求，sun.misc.Unsafe，从名字上可以大概知道它用于执行低级别、不安全的操作，AQS就是使用此类完成硬件级别的原子操作。

Unsafe是一个很强大的类，它可以分配内存、释放内存、可以定位对象某字段的位置、可以修改对象的字段值、可以使线程挂起、使线程恢复、可进行硬件级别原子的CAS操作等等，但平时我们没有这么特殊的需求去使用它，而且必须在受信任代码（一般由JVM指定）中调用此类，例如直接Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();获取一个Unsafe实例是不会成功的，因为这个类的安全性很重要，设计者对其进行了如下判断，它会检测调用它的类是否由启动类加载器Bootstrap ClassLoader（它的类加载器为null）加载，由此保证此类只能由JVM指定的类使用。

public static Unsafe getUnsafe() {

Class cc = sun.reflect.Reflection.getCallerClass(2);

if (cc.getClassLoader() != null)

throw new SecurityException("Unsafe");

return theUnsafe;

}

当然可以通过反射绕过上面的限制，用下面的getUnsafeInstance方法可以获取Unsafe实例，这段代码演示了如何获取java对象的相对地址偏移量及使用Unsafe完成CAS操作，最终输出的是flag字段的内存偏移量及CAS操作后的值。分别为8和101。另外如果使用开发工具如Eclipse，可能会编译通不过，只要把编译错误提示关掉即可。

public class UnsafeTest {

privateint flag = 100;

privatestatic long offset;

privatestatic Unsafe unsafe = null;

static{

try{

unsafe= getUnsafeInstance();

offset= unsafe.objectFieldOffset(UnsafeTest.class

.getDeclaredField("flag"));

}catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

}

publicstatic void main(String[] args) throws Exception {

intexpect = 100;

intupdate = 101;

UnsafeTestunsafeTest = new UnsafeTest();

System.out.println("unsafeTest对象的flag字段的地址偏移量为："+offset);

unsafeTest.doSwap(offset,expect, update);

System.out.println("CAS操作后的flag值为：" +unsafeTest.getFlag());

}

privateboolean doSwap(long offset, int expect, int update) {

returnunsafe.compareAndSwapInt(this, offset, expect, update);

}

publicint getFlag() {

returnflag;

}

privatestatic Unsafe getUnsafeInstance() throws SecurityException,

NoSuchFieldException,IllegalArgumentException,

IllegalAccessException{

FieldtheUnsafeInstance = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");

theUnsafeInstance.setAccessible(true);

return(Unsafe) theUnsafeInstance.get(Unsafe.class);

}

}

Unsafe类让我们明白了java是如何实现对操作系统操作的，一般我们使用java是不需要在内存中处理java对象及内存地址位置的，但有的时候我们确实需要知道java对象相关的地址，于是我们使用Unsafe类，尽管java对其提供了足够的安全管理。

Java语言的设计者们极力隐藏涉及底层操作系统的相关操作，但此节我们本着对AQS框架实现的目的，不得不剖析了Unsafe类，因为AQS里面即是使用Unsafe获取对象字段的地址偏移量、相关原子操作来实现CAS操作的。

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