Java创建对象的第6种方式

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创建对象的第6种方法

常见的五种方式

谈到Java中如何创建对象,大家都知道是使用new关键字。 比较爱思考的同学可能会列出如下五种方式。

1、使用new关键字;

2、Class类的newInstance()方法;

3、Constructor类的newInstance()方法;

4、Object对象的clone方法;

5、对象的反序列化。

实际上还存在着另一种方式:使用Unsafe类创建对象

非典型的创建对象方法

今天就来聊聊如何使用Unsafe创建一个对象。首先,介绍一下Unsafe。 Unsafe类使Java拥有了像C语言的指针一样操作内存空间的能力,同时也带来了指针的问题。过度的使用Unsafe类会使得出错的几率变大,因此Java官方并不建议使用的,官方文档也几乎没有。Oracle正在计划从Java 9中去掉Unsafe类,如果真是如此影响就太大了。

以下是部分源码

    private Unsafe() {}

    private static final Unsafe theUnsafe = new Unsafe();

    @CallerSensitive
    public static Unsafe getUnsafe() {
        Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
        if (!VM.isSystemDomainLoader(caller.getClassLoader()))
            throw new SecurityException("Unsafe");
        return theUnsafe;
    }

通过查看源码,只有一个私有的构造函数(实现了单例模式)。意味着无法直接创建Unsafe对象。而getUnsafe()方法则判断了是否是根Classloader,因此无法直接通过正常手段获取Unsafe对象,这里我们使用反射方法得到。

  private static Unsafe getUnsafe() {
        try {
            Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
            field.setAccessible(true);
            Unsafe unsafe = (Unsafe) field.get(null);
            return unsafe;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
  }

拿到这个对象后,调用其中的native方法allocateInstance 创建一个对象实例

 Object event = unsafe.allocateInstance(SyncEvent.class);
 System.out.println(event instanceof SyncEvent);

我们可以看到,对象已经创建成功了。

以下是Unsafe的其他方法

Unsafe类、对象和变量相关方法

主要包括类的非常规实例化、基于偏移地址获取或者设置变量的值、基于偏移地址获取或者设置数组元素的值等。

getObject

public native Object getObject(Object o, long offset);

通过给定的Java变量获取引用值。这里实际上是获取一个Java对象o中,获取偏移地址为offset的属性的值,此方法可以突破修饰符的抑制,也就是无视private、protected和default修饰符。类似的方法有getInt、getDouble等等。

putObject

public native void putObject(Object o, long offset, Object x);

将引用值存储到给定的Java变量中。这里实际上是设置一个Java对象o中偏移地址为offset的属性的值为x,此方法可以突破修饰符的抑制,也就是无视private、protected和default修饰符。类似的方法有putInt、putDouble等等。

getObjectVolatile

public native Object getObjectVolatile(Object o, long offset);

此方法和上面的getObject功能类似,不过附加了'volatile'加载语义,也就是强制从主存中获取属性值。类似的方法有getIntVolatile、getDoubleVolatile等等。这个方法要求被使用的属性被volatile修饰,否则功能和getObject方法相同。

putObjectVolatile

public native void putObjectVolatile(Object o, long offset, Object x);

此方法和上面的putObject功能类似,不过附加了'volatile'加载语义,也就是设置值的时候强制(JMM会保证获得锁到释放锁之间所有对象的状态更新都会在锁被释放之后)更新到主存,从而保证这些变更对其他线程是可见的。类似的方法有putIntVolatile、putDoubleVolatile等等。这个方法要求被使用的属性被volatile修饰,否则功能和putObject方法相同。

putOrderedObject

public native void putOrderedObject(Object o, long offset, Object x);

设置o对象中offset偏移地址offset对应的Object型field的值为指定值x。这是一个有序或者有延迟的putObjectVolatile方法,并且不保证值的改变被其他线程立即看到。只有在field被volatile修饰并且期望被修改的时候使用才会生效。类似的方法有putOrderedInt和putOrderedLong。

staticFieldOffset

public native long staticFieldOffset(Field f);

返回给定的静态属性在它的类的存储分配中的位置(偏移地址)。不要在这个偏移量上执行任何类型的算术运算,它只是一个被传递给不安全的堆内存访问器的cookie。注意:这个方法仅仅针对静态属性,使用在非静态属性上会抛异常。下面源码中的方法注释估计有误,staticFieldOffset和objectFieldOffset的注释估计是对调了,为什么会出现这个问题无法考究。

objectFieldOffset

public native long objectFieldOffset(Field f);

返回给定的非静态属性在它的类的存储分配中的位置(偏移地址)。不要在这个偏移量上执行任何类型的算术运算,它只是一个被传递给不安全的堆内存访问器的cookie。注意:这个方法仅仅针对非静态属性,使用在静态属性上会抛异常。

staticFieldBase

public native Object staticFieldBase(Field f);

返回给定的静态属性的位置,配合staticFieldOffset方法使用。实际上,这个方法返回值就是静态属性所在的Class对象的一个内存快照。注释中说到,此方法返回的Object有可能为null,它只是一个'cookie'而不是真实的对象,不要直接使用的它的实例中的获取属性和设置属性的方法,它的作用只是方便调用上面提到的像getInt(Object,long)等等的任意方法。

shouldBeInitialized

public native boolean shouldBeInitialized(Class<?> c);

检测给定的类是否需要初始化。通常需要使用在获取一个类的静态属性的时候(因为一个类如果没初始化,它的静态属性也不会初始化)。 此方法当且仅当ensureClassInitialized方法不生效的时候才返回false。

ensureClassInitialized

public native void ensureClassInitialized(Class<?> c);

检测给定的类是否已经初始化。通常需要使用在获取一个类的静态属性的时候(因为一个类如果没初始化,它的静态属性也不会初始化)。

arrayBaseOffset

public native int arrayBaseOffset(Class<?> arrayClass);

返回数组类型的第一个元素的偏移地址(基础偏移地址)。如果arrayIndexScale方法返回的比例因子不为0,你可以通过结合基础偏移地址和比例因子访问数组的所有元素。Unsafe中已经初始化了很多类似的常量如ARRAY_BOOLEAN_BASE_OFFSET等。

arrayIndexScale

public native int arrayIndexScale(Class<?> arrayClass);

返回数组类型的比例因子(其实就是数据中元素偏移地址的增量,因为数组中的元素的地址是连续的)。此方法不适用于数组类型为"narrow"类型的数组,"narrow"类型的数组类型使用此方法会返回0(这里narrow应该是狭义的意思,但是具体指哪些类型暂时不明确,笔者查了很多资料也没找到结果)。Unsafe中已经初始化了很多类似的常量如ARRAY_BOOLEAN_INDEX_SCALE等。

defineClass

public native Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len,ClassLoader loader,ProtectionDomain protectionDomain);

告诉JVM定义一个类,返回类实例,此方法会跳过JVM的所有安全检查。默认情况下,ClassLoader(类加载器)和ProtectionDomain(保护域)实例应该来源于调用者。

defineAnonymousClass

public native Class<?> defineAnonymousClass(Class<?> hostClass, byte[] data, Object[] cpPatches);

这个方法的使用可以看R大的知乎回答:JVM crashes at libjvm.so,下面截取一点内容解释此方法。

1、VM Anonymous Class可以看作一种模板机制,如果程序要动态生成很多结构相同、只是若干变量不同的类的话,可以先创建出一个包含占位符常量的正常类作为模板,然后利用sun.misc.Unsafe#defineAnonymousClass()方法,传入该类(host class,宿主类或者模板类)以及一个作为"constant pool path"的数组来替换指定的常量为任意值,结果得到的就是一个替换了常量的VM Anonymous Class。 2、VM Anonymous Class从VM的角度看是真正的"没有名字"的,在构造出来之后只能通过Unsafe#defineAnonymousClass()返回出来一个Class实例来进行反射操作。 还有其他几点看以自行阅读。这个方法虽然翻译为"定义匿名类",但是它所定义的类和实际的匿名类有点不相同,因此一般情况下我们不会用到此方法。在Jdk中lambda表达式相关的东西用到它,可以看InnerClassLambdaMetafactory这个类。

allocateInstance

public native Object allocateInstance(Class<?> cls) throws InstantiationException;

通过Class对象创建一个类的实例,不需要调用其构造函数、初始化代码、JVM安全检查等等。同时,它抑制修饰符检测,也就是即使构造器是private修饰的也能通过此方法实例化。