混合使用不同锁是否可行？多Map数据同步锁机制问询

问题背景 #

我要实现一个简易数据库，包含3个Map：一个存储核心数据，另外两个分别作为“按用户”和“按设备”的索引，用来提升两种维度的过滤效率。由于几乎所有方法都会操作2个或全部Map，ConcurrentMap无法满足多Map间的一致性要求，因此需要手动做同步控制。

核心疑问 #

1. 能否混合使用synchronized(this)与synchronized(userIdIndices)这类不同锁对象？还是必须全程使用this作为唯一锁对象？
2. 当线程进入addDataPoint()方法的synchronized(this)代码块时，会不会顺带锁住getUserIdIndicesSize()中synchronized(userIdIndices)的锁（类似层级锁）？还是这两个锁完全独立，允许并发访问？

期望目标 #

实现如下同步规则：

• 线程在执行增删改数据时，其他增删改或过滤操作必须等待，不能并行执行；
• 但执行filterByDeviceId()这类过滤操作时，允许并发执行getUserIdIndicesSize()这类单一索引的查询操作，因此希望通过混合锁实现这种细粒度控制。

代码示例 #

@Component
class DatapointStore {
    private val dataPoints = HashMap<DatapointKey, Double>()
    private val userIdIndices = HashMap<Long, TreeSet<DatapointKey>>()
    private val deviceIdIndices = HashMap<Long, TreeSet<DatapointKey>>()

    fun getDataPointsSize() = synchronized(dataPoints) { dataPoints.size }
    fun getUserIdIndicesSize() = synchronized(userIdIndices) { userIdIndices.size }
    fun getDeviceIdIndicesSize() = synchronized(deviceIdIndices) { deviceIdIndices.size }

    fun addDataPoint(dataPoint: DatapointRequest) {
        synchronized(this) { ... }
    }

    fun filterByUserId(userId: Long): List<DatapointRequest> {
        synchronized(this) { ... }
    }

    fun filterByDeviceId(deviceId: Long): List<DatapointRequest> {
        synchronized(this) { ... }
    }

    fun deleteByUserId(userId: Long) {
        synchronized(this) { ... }
    }

    fun deleteByDeviceId(deviceId: Long) {
        synchronized(this) { ... }
    }
}

解答 #

锁的独立性说明 #

synchronized(this)和synchronized(userIdIndices)是完全独立的锁，彼此没有任何关联：

• 持有this锁的线程，不会自动获得userIdIndices或其他Map对象的锁；反过来，持有某个Map锁的线程，也不会影响this锁的获取。
• 你当前的代码存在一致性隐患：比如addDataPoint()持有this锁修改userIdIndices时，getUserIdIndicesSize()可以同时获取userIdIndices锁读取数据，此时读到的是未完成修改的中间状态，会破坏数据一致性。

混合锁的可行性与正确实现 #

你完全可以混合使用不同锁，但必须严格遵循操作涉及的所有Map，都要持有对应锁的原则，同时注意锁的获取顺序避免死锁，结合你的需求，调整方案如下：

1. 增删改操作（add/delete系列）：这类操作会修改全部3个Map，必须持有全局锁（比如this），确保同一时间只有一个线程能执行这类操作，避免多Map间的数据不一致。
2. 过滤操作（filter系列）：这类操作会读取核心数据Map和对应的索引Map，同样需要持有全局锁，保证读取过程中没有增删改操作修改数据，确保返回结果的一致性。
3. 单一Map的只读查询（getXXXSize系列）：这类操作仅访问单个Map，只需持有该Map的锁即可。这样当filterByDeviceId()持有全局锁时，只要它不操作userIdIndices，getUserIdIndicesSize()就能获取userIdIndices锁并发执行，正好满足你的期望。

关键注意事项 #

• 固定锁获取顺序：如果某个方法需要同时持有多个锁（比如同时操作dataPoints和userIdIndices），必须按固定顺序获取（比如先获取dataPoints锁，再获取userIdIndices锁），否则可能引发死锁。
• 避免锁内耗时操作：在synchronized代码块中不要执行IO、复杂计算等耗时操作，否则会严重降低并发性能。
• 可选替代方案：如果原生synchronized的灵活性不够，可考虑使用ReentrantLock，它支持锁的公平性设置、可中断获取等特性，但锁的独立性原则和上述方案一致。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Peeve