并发环境下，getFile方法的#3与#4实现哪个性能更优？原因是什么？

背景与代码回顾 #

我们有一个文件缓存系统：本地有文件则从本地读取，否则从Web下载并缓存（假设下载和缓存的读写逻辑已实现，单URL对应单请求）。

初始单线程版本（#1） #

public InputStream getFile(String url) {
    InputStream retStream = getFileFromLocalFS(url);
    if (retStream != null) {
        return retStream;           
    }
    else {
        retStream = getFileFromLocalFS(url);
        if (retStream == null) {
            return getFileFromWeb(url);
        }
    }
    return retStream;
}

全方法同步版本（#2） #

为支持并发且避免重复下载，给整个方法加了synchronized，但导致所有请求串行，即使本地有文件也无法并行读取：

public synchronized InputStream getFile(String url) {
    InputStream retStream = getFileFromLocalFS(url);
    if (retStream != null) {
        return retStream;           
    }
    else {
        retStream = getFileFromLocalFS(url);
        if (retStream == null) {
            return getFileFromWeb(url);
        }
    }
    return retStream;
}

面试官提出的双重同步版本（#3） #

试图通过局部同步块优化，但保留了方法级同步：

public synchronized InputStream getFile(String url) {
    InputStream retStream = getFileFromLocalFS(url);
    if (retStream != null) {
        return retStream;           
    }
    else {
        synchronized (this) { 
            retStream = getFileFromLocalFS(url);
            if (retStream == null) {
                return getFileFromWeb(url);
            }
        }
    }
    return retStream;
}

移除方法级同步的版本（#4） #

去掉方法级同步，仅在本地未命中时进入同步块：

public InputStream getFile(String url) {
    InputStream retStream = getFileFromLocalFS(url);
    if (retStream != null) {
        return retStream;           
    }
    else {
        synchronized (this) { 
            retStream = getFileFromLocalFS(url);
            if (retStream == null) {
                return getFileFromWeb(url);
            }
        }
    }
    return retStream;
}

性能对比分析 #

结论：#4的性能远优于#3 #

原因如下：

1. #3的方法级同步完全抵消了局部同步块的优化
   方法级synchronized等价于在整个方法体外包裹synchronized(this)，所以#3的所有请求都必须先获取this锁才能执行任何逻辑——不管目标文件是否在本地缓存，所有线程都得串行执行，和#2的性能没有区别。内部的嵌套同步块只是同一线程的重入锁，没有任何实际优化作用，完全是多余的。

2. #4真正实现了锁细化，适配缓存的高频/低频路径

   • 高频路径（本地有文件）：无锁执行getFileFromLocalFS，所有线程可以并行读取本地缓存，这是缓存场景下的主流情况，能极大提升并发吞吐量。
   • 低频路径（本地无文件）：仅这部分请求进入同步块做二次检查，确保同一URL只会触发一次Web下载，即使串行也不会影响整体性能。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Bill The Ape