前言:
今天偶然看到ConcurrentLinkedQueue的内部类ConcurrentLinkedQueue.Node, 发现其两个成员变量item, next都是由volatile进行修饰, 而且赋值都是用sun的misc包下UNSAFE类进行的。我非常好奇，为啥会有这种操作？(我个人估计是性能考虑), 下面就进行了实验。
UNSAFE类意义:
sun.misc.Unsafe是JDK内部用的工具类。它通过暴露一些Java意义上说“不安全”的功能给Java层代码，来让JDK能够更多的使用Java代码来实现一些原本是平台相关的、需要使用native语言（例如C或C++）才可以实现的功能。该类不应该在JDK核心类库之外使用。
JVM的实现可以自由选择如何实现Java对象的“布局”，也就是在内存里Java对象的各个部分放在哪里，包括对象的实例字段和一些元数据之类。sun.misc.Unsafe里关于对象字段访问的方法把对象布局抽象出来，它提供了objectFieldOffset()方法用于获取某个字段相对Java对象的“起始地址”的偏移量，也提供了getInt、getLong、getObject之类的方法可以使用前面获取的偏移量来访问某个Java对象的某个字段。
Oracle/Sun HotSpot VM所使用的Unsafe对象可以参考这篇博客：http://mishadoff.com/blog/java-magic-part-4-sun-dot-misc-dot-unsafe/
实验:
1. unsafe.putObject(this, itemOffset, item)
直接在对象的itemOffset位置设置item的引用(越过访问权限)
2. unsafe.putOrderedObject(this, nextOffset, val)
在对象的itemOffset位置设置item的引用, 只不过这个方法的可见性比直接用 putObject 方法低一点, 其他的线程要过一段时间才可见
putOrderedObject 使用 store-store barrier屏障, 而 putObject还会使用 store-load barrier 屏障(对于Java中的指令屏障不了解的直接可以参考 Java并发编程艺术)
我参照ConcurrentLinkedQueue的内部类ConcurrentLinkedQueue.Node类写了个类似的类,如下:
class UnsafeNode<T> {
volatile T item;
volatile UnsafeNode<T> next;
static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;
static final long itemOffset;
static final long nextOffset;
static {
try {
UNSAFE = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
Class<?> klass = UnsafeNode.class;
itemOffset = UNSAFE.objectFieldOffset
(klass.getDeclaredField("item"));
nextOffset = UNSAFE.objectFieldOffset
(klass.getDeclaredField("next"));
} catch (Exception e) {
throw new Error(e);
}
}
UnsafeNode(T item) {
UNSAFE.putObject(this, itemOffset, item);
}
boolean casItem(T cmp, T val) {
return UNSAFE.compareAndSwapObject(this, itemOffset, cmp, val);
}
void lazySetNext(UnsafeNode<T> val) {
UNSAFE.putOrderedObject(this, nextOffset, val);
}
boolean casNext(UnsafeNode<T> cmp, UnsafeNode<T> val) {
return UNSAFE.compareAndSwapObject(this, nextOffset, cmp, val);
}
}
然后写了个Test方法进行测试, 先测试用UNSAFE.putObject(...)方法对volatile成员变量进行赋值。我高高兴兴地Run Test Case，结果立马报错......
// Unsafe赋值性能测试
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
System.out.println(sdf.format(new Date()));
for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
UnsafeNode<Integer> node = new UnsafeNode<>(i);
}
System.out.println(sdf.format(new Date()));
好吧认为我不安全......正如Unsafe的类注释中写的:
Although the class and all methods are public, use of this class is limited because only trusted code can obtain instances of it.
我只能用反射去搞了:
Field theUnsafeInstance = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
theUnsafeInstance.setAccessible(true);
sun.misc.Unsafe UNSAFE = (Unsafe) theUnsafeInstance.get(Unsafe.class);
测试Node，UnfaseNode代码改成如下:
class UnsafeNode<T> {
volatile T item;
volatile UnsafeNode<T> next;
static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;
static final long itemOffset;
static final long nextOffset;
static {
try {
//获取 Unsafe 内部的私有的实例化单例对象
Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
//无视权限
field.setAccessible(true);
UNSAFE = (Unsafe) field.get(null);
Class<?> klass = UnsafeNode.class;
itemOffset = UNSAFE.objectFieldOffset
(klass.getDeclaredField("item"));
nextOffset = UNSAFE.objectFieldOffset
(klass.getDeclaredField("next"));
} catch (Exception e) {
throw new Error(e);
}
}
UnsafeNode(T item) {
UNSAFE.putObject(this, itemOffset, item);
}
boolean casItem(T cmp, T val) {
return UNSAFE.compareAndSwapObject(this, itemOffset, cmp, val);
}
void lazySetNext(UnsafeNode<T> val) {
UNSAFE.putOrderedObject(this, nextOffset, val);
}
boolean casNext(UnsafeNode<T> cmp, UnsafeNode<T> val) {
return UNSAFE.compareAndSwapObject(this, nextOffset, cmp, val);
}
}
用Test Case再次跑: 哈哈成功了，用了不到1s完成。😄
我再用普通赋值方法去完成volatile变量的赋值，新的数据结构Node类如下:
class NormalNode<T> {
volatile T item;
volatile NormalNode<T> next;
NormalNode(T it) {
item = it;
next = null;
}
//忽略其他...
}
然后改下Test Case测试方法:
// 普通volitile赋值性能测试
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
System.out.println(sdf.format(new Date()));
for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
NormalNode<Integer> node = new NormalNode<>(i);
}
System.out.println(sdf.format(new Date()));
结果相同功能竟然用了花了3s！性能相差3倍以上!
结论:
一个普通的volatile成员变量赋值，JDK都考虑地很周到，推荐大家有空多翻翻JDK各个模块，能学好很多，别嘲笑我才发现这个性能点......😂。
下次具体和大家说说Magic Happens的源头。 sun.misc.Unsafe类，做详解Unsafe文章。
