Java直接內存訪問的技巧有哪些

發布時間：2021-11-20 18:00:48 來源：億速云閱讀：127 作者：柒染欄目：云計算

本篇文章給大家分享的是有關Java直接內存訪問的技巧有哪些，小編覺得挺實用的，因此分享給大家學習，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲，話不多說，跟著小編一起來看看吧。

Java直接內存訪問的技巧

Java被設計成一個安全，可管理的環境，然而 Java HotSpot有一個后門，提供了對低級別的，對直接內存和線程的操作。這個后門是—-sun.misc.Unsafe。這個類在JDK中有廣泛的應用，例如，java.nio和java.util.concurrent。很難想象在日常開發中使用這些危險的，不可移植和未經校驗的API。然而,Unsafe提供一種簡單的方法來觀察HotSpot JVM內部的一些技巧。

獲取Unsafe

sun.misc.Unsafe這個類的訪問是受限的，它的構造方法是私有的，相應的工廠方法要求必須被Bootloader載入才能使用，也就是說，只有JDK內部分才能使用這個工廠方法來構造Unsafe對象。

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;

}

...

}

幸運地是，有一個theUnsafe屬性可以被利用來檢索Unsafe實例，我們可以見到的寫一個反射方法，來獲取Unsafe實例：

public static Unsafe getUnsafe() {

try {

Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");

f.setAccessible(true);

return (Unsafe)f.get(null);

} catch (Exception e) { /* ... */ }

}

下面將學習一些Unsafe的方法。

1.long getAddress(long address) 和void putAddress(long address, long x)
對直接內存進行讀寫。

2.int getInt(Object o, long offset) , void putInt(Object o, long offset, int x)

另一個類似的方法對直接內存進行讀寫，將C語言的結構體和Java對象進行轉換。

3.long allocateMemory(long bytes)

這個可以看做是C語言的malloc()函數的一種包裝。

sizeof()函數

Java對象的結構如下圖所示：

第一個技巧，是模擬C語言的sizefo()函數，這個函數返回對象的字節大小。我們可以用如下的代碼實現sizeof()函數：

public static long sizeOf(Object object) {

Unsafe unsafe = getUnsafe();

return unsafe.getAddress( normalize( unsafe.getInt(object, 4L) ) + 12L );

}

public static long normalize(int value) {

if(value >= 0) return value;

return (~0L >>> 32) & value;

}

我們需要使用normalize()函數，因為如果內存地址如果在2^31和2^32之間，將會自動的覆蓋鄰近的整型，也就是說用補碼的方式進行存儲。讓我們在32位JVM（JDK6或者7）中進行測試：

// 執行sizeOf(new MyStructure())得到如下的結果:

class MyStructure { } // 8: 4 (起始標記) + 4 (指向類的指針)

class MyStructure { int x; } // 16: 4 (起始標記) + 4 (指向類的指針) + 4 (int) + 4 填充字節用來對齊64位塊

class MyStructure { int x; int y; } // 16: 4 (起始標記) + 4 (指向類的指針) + 2*4

直接內存管理

Unsafe允許通過allcateMemory和freeMemory方法對內存進行顯示的分配和回收，直接分配的內存不在GC的控制內，并且不受限于JVM堆的大小。通常，通過NIO的脫離堆約束的緩沖，這些方法是安全有效的，但是有趣的是這讓標準的Java引用映射非堆內存變成了可能：

MyStructure structure = new MyStructure(); // create a test object

structure.x = 777;

long size = sizeOf(structure);

long offheapPointer = getUnsafe().allocateMemory(size);

getUnsafe().copyMemory(

structure, // source object

0, // source offset is zero - copy an entire object

null, // destination is specified by absolute address, so destination object is null

offheapPointer, // destination address

size

); // test object was copied to off-heap

Pointer p = new Pointer(); // Pointer is just a handler that stores address of some object

long pointerOffset = getUnsafe().objectFieldOffset(Pointer.class.getDeclaredField("pointer"));

getUnsafe().putLong(p, pointerOffset, offheapPointer); // set pointer to off-heap copy of the test object

structure.x = 222; // rewrite x value in the original object

System.out.println( ((MyStructure)p.pointer).x ); // prints 777

....

class Pointer {

Object pointer;

}

所以，事實上是可以對真實對象進行內存分配和回收的，不單單只是NIO中的字節緩沖。當然，有一個比較大的問題是，GC將會在這樣的內存欺騙之后發生。

繼承自Final類和void*

想象一下有一個以String為參數的方法，但它需要經行外部的重載。具體代碼如下：

Carrier carrier = new Carrier();

carrier.secret = 777;

String message = (String)(Object)carrier; // ClassCastException

handler( message );

...

void handler(String message) {

System.out.println( ((Carrier)(Object)message).secret );

}

...

class Carrier {

int secret;

}

為了讓這段代碼能工作，首先需要更改Carrier類去偽裝成String的子類。superclasses列表被存儲在Carrier類結構體28的位置，如上文圖中所示。原則上，添加如下的代碼可以讓Carrer轉化成String：

long carrierClassAddress = normalize( unsafe.getInt(carrier, 4L) );

long stringClassAddress = normalize( unsafe.getInt("", 4L) );

unsafe.putAddress(carrierClassAddress + 32, stringClassAddress); // insert pointer to String class to the list of Carrier's superclasses

這樣，類型轉化可以正常工作。然而，這樣的轉換方式是不切當并且違反虛擬機規范的。更詳細的方法將包含如下的步驟：

1.在Carrier類中32的位置實際上包含了一個指向Carrier類自己的指針，所以這個指針將被轉移到36的位置上，不僅僅是被指針重寫到String類。

2.當Carrier繼承自String的時候，String類的final標記將被移掉。

sun.misc.Unsafe提供了幾乎是不受限制的監控和修改虛擬機運行時數據結構的能力。盡管這些能力幾乎是和Java開發本身不相干的，但是對于想要學習HotSpot虛擬機但是沒有C++代碼調試，或者需要去創建特別的分析工具的人來說，Unsafe是一個偉大的工具。

以上就是Java直接內存訪問的技巧有哪些，小編相信有部分知識點可能是我們日常工作會見到或用到的。希望你能通過這篇文章學到更多知識。更多詳情敬請關注億速云行業資訊頻道。

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獲取Unsafe

sizeof()函數

直接內存管理

繼承自Final類和void*

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