摘要：我們知道在并發編程中，不能使用多把鎖保護同一個資源，因為這樣達不到線程互斥的效果，存在線程安全的問題。兩個線程都完成轉賬操作后，的賬戶余額可能為，也可能為，但是不可能為。

摘要：在編寫多線程并發程序時，我明明對共享資源加鎖了啊？為什么還是出問題呢？問題到底出在哪里呢？其實，我想說的是：你的加鎖姿勢正確嗎？

本文分享自華為云社區《【高并發】高并發環境下詭異的加鎖問題（你加的鎖未必安全）》，作者：冰 河。

我們知道在并發編程中，不能使用多把鎖保護同一個資源，因為這樣達不到線程互斥的效果，存在線程安全的問題。相反，卻可以使用同一把鎖保護多個資源。那么，如何使用同一把鎖保護多個資源呢？又如何判斷我們對程序加的鎖到底是不是安全的呢？我們就一起來深入探討這些問題！

分析場景

我們在分析多線程中如何使用同一把鎖保護多個資源時，可以將其結合具體的業務場景來看，比如：需要保護的多個資源之間有沒有直接的業務關系。如果需要保護的資源之間沒有直接的業務關系，那么如何對其加鎖；如果有直接的業務關系，那么如何對其加鎖？接下來，我們就順著這兩個方向進行深入說明。

沒有直接業務關系的場景

例如，我們的支付寶賬戶，有針對余額的付款操作，也有針對賬戶密碼的修改操作。本質上，這兩種操作之間沒有直接的業務關系，此時，我們可以為賬戶的余額和賬戶密碼分配不同的鎖來解決并發問題。

例如，在支付寶賬戶AlipayAccount類中，有兩個成員變量，分別是賬戶的余額balance和賬戶的密碼password。付款操作的pay()方法和查看余額操作的getBalance()方法會訪問賬戶中的成員變量balance，對此，我們可以創建一個balanceLock鎖對象來保護balance資源；另外，更改密碼操作的updatePassword()方法和查看密碼的getPassowrd()方法會訪問賬戶中的成員變量password，對此，我們可以創建一個passwordLock鎖對象來保護password資源。

具體的代碼如下所示。

public class AlipayAccount{    //保護balance資源的鎖對象    private final Object balanceLock = new Object();    //保護password資源的鎖對象    private final Object passwordLock = new Object();    //賬戶余額    private Integer balance;    //賬戶的密碼    private String password;     //支付方法    public void pay(Integer money){        synchronized(balanceLock){            if(this.balance >= money){                this.balance -= money;            }        }    }    //查看賬戶中的余額    public Integer getBalance(){        synchronized(balanceLock){            return this.balance;        }    }     //修改賬戶的密碼    public void updatePassword(String password){        synchronized(passwordLock){            this.password = password;        }    }     //查看賬戶的密碼    public String getPassword(){        synchronized(passwordLock){            return this.password;        }    }}

這里，我們也可以使用一把互斥鎖來保護balance資源和password資源，例如都使用balanceLock鎖對象，也可以都使用passwordLock鎖對象，甚至也都可以使用this對象或者干脆每個方法前加一個synchronized關鍵字。

但是，如果都使用同一個鎖對象的話，那么，程序的性能就太差了。會導致沒有直接業務關系的各種操作都串行執行，這就違背了我們并發編程的初衷。實際上，我們使用兩個鎖對象分別保護balance資源和password資源，付款和修改賬戶密碼是可以并行的。

存在直接業務關系的場景

例如，我們使用支付寶進行轉賬操作。假設賬戶A給賬戶B轉賬100，A賬戶減少100元，B賬戶增加100元。兩個賬戶在業務中有直接的業務關系。例如，下面的TansferAccount類，有一個成員變量balance和一個轉賬的方法transfer()，代碼如下所示。

public class TansferAccount{    private Integer balance;    public void transfer(TansferAccount target, Integer transferMoney){        if(this.balance >= transferMoney){            this.balance -= transferMoney;            target.balance += transferMoney;        }    }}

在上面的代碼中，如何保證轉賬操作不會出現并發問題呢？很多時候我們的第一反應就是給transfer()方法加鎖，如下代碼所示。

public class TansferAccount{    private Integer balance;    public synchronized void transfer(TansferAccount target, Integer transferMoney){        if(this.balance >= transferMoney){            this.balance -= transferMoney;            target.balance += transferMoney;        }    }}

我們仔細分析下，上面的代碼真的是安全的嗎？！其實，在這段代碼中，synchronized臨界區中存在兩個不同的資源，分別是轉出賬戶的余額this.balance和轉入賬戶的余額target.balance，這里只用到了一把鎖synchronized(this)。說到這里，大家有沒有一種豁然開朗的感覺。沒錯，問題就出現在synchronized(this)這把鎖上，這把鎖只能保護this.balance資源，而無法保護target.balance資源。

我們可以使用下圖來表示這個邏輯。

從上圖我們也可以發現，this鎖對象只能保護this.balance資源，而不能保護target.balance資源。

接下來，我們再看一個場景：假設存在A、B、C三個賬戶，余額都是200，此時我們使用兩個線程分別執行兩個轉賬操作：賬戶A給賬戶B轉賬100，賬戶B給賬戶C轉賬100。理論上，賬戶A的余額為100，賬戶B的余額為200，賬戶C的余額為300。

真的是這樣嗎？我們假設線程A和線程B同時在兩個不同的CPU上執行，線程A執行賬戶A給賬戶B轉賬100的操作，線程B執行賬戶B給賬戶C轉賬100的操作。兩個線程之間是互斥的嗎？顯然不是，按照TansferAccount的代碼來看，線程A鎖定的是賬戶A的實例，線程B鎖定的是賬戶B的實例。所以，線程A和線程B能夠同時進入transfer()方法。此時，線程A和線程B都能夠讀取到賬戶B的余額為200。兩個線程都完成轉賬操作后，B的賬戶余額可能為300，也可能為100，但是不可能為200。

這是為什么呢？線程A和線程B同時讀取到賬戶B的余額為200，如果線程A的轉賬操作晚于線程B的轉賬操作對balance的寫入，則賬戶B的余額為300；如果線程A的轉賬操作早于線程B的轉賬操作對balance的寫入，則賬戶B的余額為100。無論如何賬戶B的余額都不會是200。

綜上所示，TansferAccount的代碼根本無法解決并發問題！

正確的加鎖

如果我們希望對轉賬操作中涉及的多個資源加鎖，那我們的鎖就必須要覆蓋所有需要保護的資源。

在前面的TansferAccount類中，this是對象級別的鎖，這就導致了線程A和線程B執行過程中所獲取到的鎖是不同的，那么如何讓兩個線程共享同一把鎖呢？！

其中，方案有很多，一種簡單的方式，就是在TansferAccount類的構造方法中傳入一個balanceLock鎖對象，以后在創建TansferAccount類對象的時候，每次傳入相同的balanceLock鎖對象，并在transfer方法中使用balanceLock鎖對象加鎖即可。這樣，所有創建的TansferAccount類對象就會共享balanceLock鎖。代碼如下所示。

public class TansferAccount{    private Integer balance;    private Object balanceLock;    private TansferAccount(){}    public TansferAccount(Object balanceLock){        this.balanceLock = balanceLock;    }    public void transfer(TansferAccount target, Integer transferMoney){        synchronized(this.balanceLock){             if(this.balance >= transferMoney){                this.balance -= transferMoney;                target.balance += transferMoney;            }           }    }}

那么，問題又來了：這樣解決問題真的完美嗎？！

上述代碼雖然解決了轉賬操作的并發問題，但是它真的就完美了嗎？！仔細分析后，我們發現，并不是想象中的那么完美。因為它要求創建TansferAccount對象的時候，必須傳入同一個balanceLock對象，如果傳入的不是同一個balanceLock對象，就不能保證并發帶來的線程安全問題了！在實際的項目中，創建TansferAccount對象的操作可能被分散在多個不同的項目工程中，這樣很難保證傳入的balanceLock對象是同一個對象。

所以，在創建TansferAccount對象時傳入同一個balanceLock鎖對象的方案，雖然能夠解決轉賬的并發問題，但是卻無法在實際項目中被有效的采用！

還有沒有其他的方案呢？答案是有！別忘了JVM在加鎖類的時候，會為類創建一個Class對象，而這個Class對象對于類的實例對象來說是共享的，也就是說，無論創建多少個類的實例對象，這個Class對象都是同一個，這是由JVM來保證的。

說到這里，我們就能夠想到使用如下方式對轉賬操作加鎖。

public class TansferAccount{    private Integer balance;    public void transfer(TansferAccount target, Integer transferMoney){        synchronized(TansferAccount.class){            if(this.balance >= transferMoney){                this.balance -= transferMoney;                target.balance += transferMoney;            }           }    }}

我們可以使用下圖表示這個邏輯。

這樣，無論創建多少個TansferAccount對象，都會共享同一把鎖，解決了轉賬的并發問題。

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