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VarHandle since 9

Reference: https://www.lenshood.dev/2021/01/27/java-varhandle/

VarHandle

使用 java.lang.invoke.Varhandle 来替代 Unsafe 大部分功能，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。

MethodHandles

• MethodHandles.lookup()

  创建一个默认的 Lookup 对象，用于查找当前类或包中的方法、字段等成员。

    public class VarHandleTest {
        private int i;
        private static VarHandle VH;
  
        static {
            try {
                VH = MethodHandles.lookup().findVarHandle(VarHandleTest.class, "i", int.class);
            } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
            }
        }
  
        public static void main(String[] args) {
            var test = new VarHandleTest();
            VH.set(test, 5);
            System.out.println(VH.get(test));
        }
    }
  

• MethodHandles.privateLookupIn(Class<?> targetClass, Lookup caller)

  创建一个可以访问指定类的 private 成员的 Lookup 对象。

• MethodHandles.publicLookup()

  创建一个可以访问公共成员成员的 Lookup 对象。

Lookup

• findVarHandle(): 获取非静态字段

• findStaticVarHandle()：获取静态字段

• unreflectVarHandle(Field f)：通过反射获取字段

访问模式

支持四种共享内存的访问模式

Plain

普通访问模式，不保证内存可见性及执行顺序；对应方法为get()、set() ；在不涉及并发的场景下使用。

Opaque

保证执行顺序，不保证内存可见性（最终会可见），保证位原子性（bitwise）；对应方法为setOpaque()、getOpaque()。

Release/Acquire (RA)

保证执行顺序，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；对应方法为setRelease()、getAcquire()；RA 模式更多的用于 ownership 模型，即只有 owner 才能写，其他线程只能读。

• Release模式的写操作之前所有读/写操作，一定会发生在Release写之前；
• Acquire模式的读操作之后所有读/写操作，一定会发生在Acquire读之后。

Volatile

标准的volatile语义，成本最高的操作；对应方法为setVolatile()、getVolatile()。

示例

volatile int x, y; // initially zero, with VarHandles X and Y

Thread 1               |  Thread 2
X.setM(this, 1);       |  Y.setM(this, 1);
int ry = Y.getM(this); |  int rx = X.getM(this);

如果是Volatile模式，则ry和rx至少有一个为1，因为在get之前set一定会先发生；如果是RA模式，则rx和ry都可能为0，因为只能保证set之前所有的get先发生，不能保证set之后的get一定会发生。

内存屏障

支持五种内存屏障。

• fullFence：保证方法调用之前的所有读写操作不会被方法后的读写操作重排
• acquireFence：保证方法调用之前的所有读操作不会被方法后的读写操作重排
• releaseFence：保证方法调用之前的所有读写操作不会被方法后的写操作重排
• loadLoadFence：保证方法调用之前的所有读操作不会被方法后的读操作重排
• storeStoreFence：保证方法调用之前的所有写操不会被方法后的写操作重排

VarHandle.AccessType

enum AccessType {
    GET(Object.class),
    SET(void.class),
    COMPARE_AND_SET(boolean.class),
    COMPARE_AND_EXCHANGE(Object.class),
    GET_AND_UPDATE(Object.class);
}

VarHandle.AccessMode

支持的访问模式，每个枚举对应一个方法。