JUC整理笔记-VarHandle
前面整理完 Unsafe ，不得不去了解下 java.lang.invoke.Varhandle 。如前面文章所说， Unsafe 是不建议开发者直接使用的，因为 Unsafe 所操作的并不属于Java标准，会容易带来一些安全性的问题。JDK9 之后，官方推荐使用 java.lang.invoke.Varhandle 来替代 Unsafe 大部分功能，对比 Unsafe ，Varhandle 有着相似的功能，但会更加安全，并且，在并发方面也提高了不少性能。以下有用到MethodHandle，可以先去了解一下。
简介
Varhandle是对变量或参数定义的变量系列的动态强类型引用，包括静态字段，非静态字段，数组元素或堆外数据结构的组件。 在各种访问模式下都支持访问这些变量，包括简单的读/写访问，volatile 的读/写访问以及 CAS (compare-and-set)访问。简单来说 Variable 就是对这些变量进行绑定，通过 Varhandle 直接对这些变量进行操作。
实例
- 目标实体类
public class Demo {
public int publicVar = 1;
protected int protectedVar = 2;
private int privateVar = 3;
public int[] arrayData = new int[]{1, 2, 3};
@Override
public String toString() {
return "Demo{" +
"publicVar=" + publicVar +
", protectedVar=" + protectedVar +
", privateVar=" + privateVar +
", arrayData=" + Arrays.toString(arrayData) +
'}';
}
}
- 访问 private 成员
private static void privateDemo() throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
Demo instance = new Demo();
VarHandle varHandle = MethodHandles.privateLookupIn(Demo.class, MethodHandles.lookup())
.findVarHandle(Demo.class, "privateVar", int.class); // 这些包括属性的名称Idea都有提示
varHandle.set(instance, 33);
System.out.println(instance);
}
输出
Demo{publicVar=11, protectedVar=2, privateVar=33, arrayData=[1, 2, 3]}
- 访问 protected 成员
private static void protectedDemo() throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
Demo instance = new Demo();
VarHandle varHandle = MethodHandles.lookup()
.in(Demo.class)
.findVarHandle(Demo.class, "protectedVar", int.class);
varHandle.set(instance, 22);
System.out.println(instance);
}
输出
Demo{publicVar=1, protectedVar=22, privateVar=3, arrayData=[1, 2, 3]}
- 访问 public 成员
private static void publicDemo() throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
Demo instance = new Demo();
VarHandle varHandle = MethodHandles.lookup()
.in(Demo.class)
.findVarHandle(Demo.class, "publicVar", int.class);
varHandle.set(instance, 11);
System.out.println(instance);
}
输出
Demo{publicVar=11, protectedVar=2, privateVar=3, arrayData=[1, 2, 3]}
- 访问 数组
private static void arrayDemo() throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
Demo instance = new Demo();
VarHandle arrayVarHandle = MethodHandles.arrayElementVarHandle(int[].class);
arrayVarHandle.compareAndSet(instance.arrayData, 0, 1, 11);
arrayVarHandle.compareAndSet(instance.arrayData, 1, 2, 22);
arrayVarHandle.compareAndSet(instance.arrayData, 2, 3, 33);
System.out.println(instance);
}
输出
Demo{publicVar=1, protectedVar=2, privateVar=3, arrayData=[11, 22, 33]}
获取Varhandle方式汇总
MethodHandles.privateLookupIn(class, MethodHandles.lookup())获取访问私有变量的LookupMethodHandles.lookup()获取访问protected、public的LookupfindVarHandle：用于创建对象中非静态字段的VarHandle。接收参数有三个，第一个为接收者的class对象，第二个是字段名称，第三个是字段类型。findStaticVarHandle：用于创建对象中静态字段的VarHandle，接收参数与findVarHandle一致。unreflectVarHandle：通过反射字段Field创建VarHandle。MethodHandles.arrayElementVarHandle(int[].class)获取管理数组的 Varhandle
功能
VarHandle来使用plain（普通方式）、opaque、release/acquire和volatile四种共享内存的访问模式，根据这四种共享内存的访问模式又分为写入访问模式、读取访问模式、原子更新访问模式、数值更新访问模式、按位原子更新访问模式。
- 写入访问模式(write access modes)
获取指定内存排序效果下的变量值，包含的方法有get、getVolatile、getAcquire、getOpaque 。
- 读取访问模式(read access modes)
在指定的内存排序效果下设置变量的值，包含的方法有set、setVolatile、setRelease、setOpaque 。
- 原子更新模式(atomic update access modes)
原子更新访问模式，例如，在指定的内存排序效果下，原子的比较和设置变量的值，包含的方法有compareAndSet、weakCompareAndSetPlain、weakCompareAndSet、weakCompareAndSetAcquire、weakCompareAndSetRelease、compareAndExchangeAcquire、compareAndExchange、compareAndExchangeRelease、getAndSet、getAndSetAcquire、getAndSetRelease 。
- 数值更新访问模式(numeric atomic update access modes)
数字原子更新访问模式，例如，通过在指定的内存排序效果下添加变量的值，以原子方式获取和设置。 包含的方法有getAndAdd、getAndAddAcquire、getAndAddRelease 。
- 按位原子更新访问模式(bitwise atomic update access modes )
按位原子更新访问模式，例如，在指定的内存排序效果下，以原子方式获取和按位OR变量的值。 包含的方法有getAndBitwiseOr、getAndBitwiseOrAcquire、getAndBitwiseOrRelease、 getAndBitwiseAnd、getAndBitwiseAndAcquire、getAndBitwiseAndRelease、getAndBitwiseXor、getAndBitwiseXorAcquire ， getAndBitwiseXorRelease 。
内存屏障
VarHandle 除了支持各种访问模式下访问变量之外，还提供了一套内存屏障方法，目的是为了给内存排序提供更细粒度的控制。主要如下几个方法：
public static void fullFence() {
UNSAFE.fullFence();
}
public static void acquireFence() {
UNSAFE.loadFence();
}
public static void releaseFence() {
UNSAFE.storeFence();
}
public static void loadLoadFence() {
UNSAFE.loadLoadFence();
}
public static void storeStoreFence() {
UNSAFE.storeStoreFence();
}
普通变量、opaque、release/acquire、volatile之间的区别
- 普通变量是不确保内存可见的，opaque、release/acquire、volatile是可以保证内存可见的
- opaque 确保程序执行顺序，但不保证其它线程的可见顺序
- release/acquire 保证程序执行顺序，setRelease 确保前面的load和store不会被重排序到后面，但不确保后面的load和store重排序到前面；getAcquire 确保后面的load和store不会被重排序到前面，但不确保前面的load和store被重排序。
- volatile确保程序执行顺序，能保证变量之间的不被重排序。