为何添加synchronized的Azure Function未出现排队变慢问题？

我编写了如下存在竞态条件的Azure Function：

public class Function {

    final RefWrapper toReturn = new RefWrapper();

    private static class RefWrapper {
        String value = "";
    }

    @FunctionName("raceConditionTest")
    public HttpResponseMessage raceConditionTest(
        @HttpTrigger(
            name = "req",
            methods = {HttpMethod.GET},
            authLevel = AuthorizationLevel.ANONYMOUS
        ),
        HttpRequestMessage<Optional<String>> request,
        final ExecutionContext context
    ) throws IOException {
        toReturn.value = request.getHeaders().getOrDefault("x-return-me", "0");
        Thread.sleep(1000 * 10);
        return request.createResponseBuilder(HttpStatus.OK).body(toReturn.value).build();
    }
}

当我并行发起10次调用，每次请求头携带不同的x-return-me值时，10个请求全部返回相同值，符合预期——确实触发了竞态条件。随后我为方法添加synchronized修饰，同时对toReturn对象加同步锁，修改后代码如下：

@FunctionName("raceConditionTest")
public synchronized HttpResponseMessage raceConditionTest( /*args*/ ) {
    synchronized (toReturn) {
        toReturn.value = request.getHeaders().getOrDefault("x-return-me", "0");
        Thread.sleep(1000 * 10);       
        return request.createResponseBuilder(HttpStatus.OK).body(toReturn.value).build();
    }
}

再次发起并行请求时，符合预期的是每个请求都正确返回对应的传入值，竞态条件被成功消除。

但出现了不符合预期的现象：所有请求几乎同时返回，并没有出现排队等待的情况。我查看了监控指标，确认运行过程中没有创建额外的函数实例。

请问为什么这段添加了同步锁的代码没有出现执行变慢的情况，请求为何不需要排队等待？我猜测该现象和Azure Function运行时有关，想确认该行为是否有官方保障、是否有对应文档说明，是否属于可稳定依赖的预期行为？

核心原因是对Azure Functions Java的实例模型理解存在偏差：监控里看到的「没有额外函数实例」指的是平台没有扩容出额外的应用进程/容器实例，但同一个应用进程内部，Java worker并不保证只会创建一个Function类的对象处理所有请求，添加的进程内锁根本没有作用在跨请求共享的对象上。

现象解释 #

• 第一次无锁测试触发竞态：当时10个并发请求刚好被调度到同一个Function类对象上处理，实例成员toReturn被多个工作线程共享。所有线程几乎同时进入方法，先后修改toReturn.value为自己携带的请求头值，10秒sleep结束时所有线程读到的都是最后一次写入的值，因此全部返回相同结果。
• 第二次加锁后竞态消失但无排队：这次10个并发请求被worker分配到了多个独立的Function类对象上处理，每个类对象持有自己独立的toReturn成员。添加的两层同步锁：
  • 方法级synchronized锁的是当前Function类的对象实例
  • 同步块synchronized (toReturn)锁的是当前实例下的toReturn对象
    两个锁的锁对象都是每个请求专属的，不同请求的锁完全不相关，不会产生互斥阻塞，因此所有请求可以并行执行，总耗时就是单次请求的10秒，看起来几乎同时返回；同时每个请求操作的是自己实例的toReturn.value，不会被其他线程覆盖，竞态自然消失。

官方规则与使用建议 #

• 该行为是Java worker的正常调度表现，但没有任何确定性保障：官方明确说明，Java函数类的实例生命周期完全由运行时自主管理，运行时既可能在多个调用间复用同一个类实例，也可能为每个调用创建新的类实例，分配逻辑会随并发压力、worker版本、参数配置动态调整，没有稳定可预测的规则。
• 绝对不要依赖进程内的实例变量、实例级锁做跨调用的状态共享或者并发控制：当前观测到的现象不具备稳定性，比如低并发下所有请求被调度到同一个类实例时，同步锁就会生效，请求会排队，耗时陡增，业务逻辑会出现预期外的问题。
• 如果需要实现跨调用的状态共享、并发互斥，必须使用独立于函数实例的外部组件，比如分布式锁、数据库、共享缓存等，不要依赖进程内的同步机制。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Kjeld Schmidt