Java并发场景下Volatile+Synchronized与全Synchronized实现选型咨询

第一种volatile+仅flip方法加synchronized的方案存在竞态条件，无法满足多线程并发安全要求；第二种所有方法加synchronized的方案可以满足线程安全要求，是更优的选择。

方案1：Volatile+仅原子方法加Synchronized #

public class CalcStrategySet {
   private volatile CalcStrategy current;
   private volatile CalcStrategy backup;
   private volatile boolean isBackup;

   public CalcStrategySet(CalcStrategy current, CalcStrategy backup) {
       this.current = current;
       this.backup = backup;
   }

   public void isStandard() {
       return !isBackup;
   }
  
   public void merge(CalcStrategy other) {
      current.merge(other);
   }

   public synchronized void flip() {
      if(!isBackup) {
          current = backup;
          backup = null;
          isBackup = true;
      } else {
          throw new IllegalStateException("Already in backup mode");
      }
   }
}

存在的问题 #

• merge方法无同步保护：volatile只能保证current引用本身的可见性，无法保证current.merge(other)内部操作的原子性和可见性。如果CalcStrategy的merge方法本身没有做线程安全处理，多线程同时调用merge修改同一个策略实例的状态时，必然会出现数据错乱。
• 复合操作存在竞态：如果业务逻辑先调用isStandard()判断当前模式，再执行对应操作，两步操作之间没有锁保护，判断完成后可能被其他线程执行flip切换模式，导致后续操作和判断结果不匹配。
• flip和merge并发冲突：线程刚读取到current引用还没执行merge操作时，其他线程可能已经执行完flip替换了current指向的实例，最终merge操作落到了已失效的旧策略对象上，不符合业务预期。

方案2：全Synchronized实现 #

public class CalcStrategySet {
   private CalcStrategy current;
   private CalcStrategy backup;
   private boolean isBackup;

   public CalcStrategySet(CalcStrategy current, CalcStrategy backup) {
       this.current = current;
       this.backup = backup;
   }

   public synchronized void isStandard() {
       return !isBackup;
   }
  
   public synchronized void merge(CalcStrategy other) {
      current.merge(other);
   }

   public synchronized void flip() {
      if(!isBackup) {
          current = backup;
          backup = null;
          isBackup = true;
      } else {
          throw new IllegalStateException("Already in backup mode");
      }
   }
}

合理性说明 #

所有对外方法都加了synchronized修饰，以当前实例作为锁，保证同一时间只有一个线程执行类中的任意方法，完全规避了竞态问题：

• 执行merge的过程中flip无法抢占锁执行，不会出现current中途被替换的问题
• 多线程调用merge时会串行执行，避免了并发修改CalcStrategy状态的问题
• 不需要额外加volatile修饰成员变量，因为synchronized已经同时保证了操作的原子性、可见性和有序性，所有对成员变量的修改都会同步到主内存，读操作也会从主内存拉取最新值。

可选优化方案 #

如果读操作（如isStandard）的调用频率远高于写操作（flip、merge），可以用ReentrantReadWriteLock读写锁替代synchronized：读方法加共享读锁，支持多线程并发读；写方法加独占写锁，同一时间只有一个线程执行写操作，相比全synchronized的串行执行效率更高。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Ravi