在Java中如何用一把锁保护多个资源？，linux系统入门书籍

墨蓝 2022-09-03 15:18 163阅读 0赞

但是用一把锁有个问题，就是性能太差，会导致取款、查看余额、修改密码、查看密码这四个操作都是串行的。而我们用两把锁，取款和修改密码是可以并行的。**用不同的锁对受保护资源进行精细化管理，能够提升性能。** 这种锁还有个名字，叫**细粒度锁**。

# 保护有关联关系的多个资源 #

如果多个资源是有关联关系的，那这个问题就有点复杂了。例如银行业务里面的转账操作，账户 A 减少 100 元，账户 B 增加 100 元。这两个账户就是有关联关系的。那对于像转账这种有关联关系的操作，我们应该怎么去解决呢？先把这个问题代码化。我们声明了个账户类：Account，该类有一个成员变量余额：balance，还有一个用于转账的方法：`transfer()`，然后怎么保证转账操作 `transfer()` 没有并发问题呢？

class Account {
        
     	private int balance;
     	// 转账
     	void transfer(Account target, int amt){
        
     		if (this.balance > amt) {
        
     			this.balance -= amt;
     			target.balance += amt;
     		}
     	} 
    }

相信你的直觉会告诉你这样的解决方案：用户 synchronized 关键字修饰一下 `transfer()` 方法就可以了，于是你很快就完成了相关的代码，如下所示。

class Account {
        
     	private int balance;
     	// 转账
     	synchronized void transfer(Account target, int amt){
        
     		if (this.balance > amt) {
        
     			this.balance -= amt;
     			target.balance += amt;
     		}
     	} 
    }

在这段代码中，临界区内有两个资源，分别是转出账户的余额 `this.balance` 和转入账户的余额 `target.balance`，并且用的是一把锁 this，符合我们前面提到的，多个资源可以用一把锁来保护，这看上去完全正确呀。真的是这样吗？**可惜，这个方案仅仅是看似正确，为什么呢？**

问题就出在 this 这把锁上，this 这把锁可以保护自己的余额 `this.balance`，却保护不了别人的余额 `target.balance`，就像你不能用自家的锁来保护别人家的资产，也不能用自己的票来保护别人的座位一样。

![用锁 this 保护 this.balance 和 target.balance 的示意图][this _ this.balance _ target.balance]

下面我们具体分析一下，假设有 A、B、C 三个账户，余额都是 200 元，我们用两个线程分别执行两个转账操作：账户 A 转给账户 B 100 元，账户 B 转给账户 C 100 元，最后我们期望的结果应该是账户 A 的余额是 100 元，账户 B 的余额是 200 元， 账户 C 的余额是 300 元。

我们假设线程 1 执行账户 A 转账户 B 的操作，线程 2 执行账户 B 转账户 C 的操作。这两个线程分别在两颗 CPU 上同时执行，那它们是互斥的吗？我们期望是，但实际上并不是。因为线程 1 锁定的是账户 A 的实例（A.this），而线程 2 锁定的是账户 B 的实例（B.this），所以这两个线程可以同时进入临界区 transfer()。同时进入临界区的结果是什么呢？线程 1 和线程 2 都会读到账户 B 的余额为 200，导致最终账户 B 的余额可能是 300（线程 1 后于线程 2 写 B.balance，线程 2 写的 B.balance 值被线程 1 覆盖），可能是 100（线程 1 先于线程 2 写 B.balance，线程 1 写的 B.balance 值被线程 2 覆盖），就是不可能是 200。

![并发转账示意图][cbcc0485fd2758e1a4522b1e7954ea0e.png]

# 使用锁的正确姿势 #

在上一篇文章中，我们提到用同一把锁来保护多个资源，也就是现实世界的“包场”，那在编程领域应该怎么“包场”呢？很简单，只要我们的**锁能覆盖所有受保护资源**就可以了。在上面的例子中，this 是对象级别的锁，所以 A 对象和 B 对象都有自己的锁，如何让 A 对象和 B 对象共享一把锁呢？

稍微开动脑筋，你会发现其实方案还挺多的，比如可以让所有对象都持有一个唯一性的对象，这个对象在创建 Account 时传入。方案有了，完成代码就简单了。示例代码如下，我们把 Account 默认构造函数变为 private，同时增加一个带 Object lock 参数的构造函数，创建 Account 对象时，传入相同的 lock，这样所有的 Account 对象都会共享这个 lock 了。

class Account {
        
     	private Object lock；
     	private int balance;
     	private Account();
     	// 创建 Account 时传入同一个 lock 对象
     	public Account(Object lock) {
        
     		this.lock = lock;
     	} 
     	// 转账
     	void transfer(Account target, int amt){
        
     		// 此处检查所有对象共享的锁
     		synchronized(lock) {
        
     			if (this.balance > amt) {
        
     				this.balance -= amt;
     				target.balance += amt;
     			}
     		}
     	}
    }

这个办法确实能解决问题，但是有点小瑕疵，它要求在创建 Account 对象的时候必须传入同一个对象，如果创建 Account 对象时，传入的 lock 不是同一个对象，那可就惨了，会出现锁自家门来保护他家资产的荒唐事。在真实的项目场景中，创建 Account 对象的代码很可能分散在多个工程中，传入共享的 lock 真的很难。

所以，上面的方案缺乏实践的可行性，我们需要更好的方案。还真有，就是**用 `Account.class` 作为共享的锁。** `Account.class` 是所有 Account 对象共享的，而且这个对象是 Java 虚拟机在加载 Account 类的时候创建的，所以我们不用担心它的唯一性。使用 `Account.class` 作为共享的锁，我们就无需在创建 Account 对象时传入了，代码更简单。

class Account {
        
    	private int balance;
    	// 转账
     	void transfer(Account target, int amt){
        
     		synchronized(Account.class) {
        
     			if (this.balance > amt) {
        
     				this.balance -= amt;
     				target.balance += amt;
     			}
     		}
     	} 
    }

下面这幅图很直观地展示了我们是如何使用共享的锁 `Account.class` 来保护不同对象的临界区的。

### 总目录展示 ###

该笔记共八个节点（由浅入深），分为三大模块。

**高性能**。 秒杀涉及大量的并发读和并发写，因此支持高并发访问这点非常关键。该笔记将从设计数据的动静分离方案、热点的发现与隔离、请求的削峰与分层过滤、服务端的极致优化这4个方面重点介绍。

**一致性**。 秒杀中商品减库存的实现方式同样关键。可想而知，有限数量的商品在同一时刻被很多倍的请求同时来减库存，减库存又分为“拍下减库存”“付款减库存”以及预扣等几种，在大并发更新的过程中都要保证数据的准确性，其难度可想而知。因此，将用一个节点来专门讲解如何设计秒杀减库存方案。

**高可用**。 虽然介绍了很多极致的优化思路，但现实中总难免出现一些我们考虑不到的情况，所以要保证系统的高可用和正确性，还要设计一个PlanB来兜底，以便在最坏情况发生时仍然能够从容应对。笔记的最后，将带你思考可以从哪些环节来设计兜底方案。

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