java - Java中线程间嵌套数据结构的同步

Question

我有一个像这样的缓存实现:

class X
{
  private final Map<String, ConcurrentMap<String, String>> structure = new HashMap...(); 

  public String getValue(String context, String id)
  {
     // just assume for this example that there will be always an innner map
     final ConcurrentMap<String, String> innerStructure = structure.get(context);

     String value = innerStructure.get(id);
     if(value == null)
     {
       synchronized(structure)
       {
          // can I be sure, that this inner map will represent the last updated
          // state from any thread?
          value = innerStructure.get(id);
          if(value == null)
          {
            value = getValueFromSomeSlowSource(id);
            innerStructure.put(id, value); 
          }
       }
     }       
     return value;
  }
}

这个实现是线程安全的吗？我能否确保从同步块(synchronized block)内的任何线程获取最后更新的状态？如果我使用 java.util.concurrent.ReentrantLock 而不是同步块(synchronized block)，这种行为会改变吗，如下所示:

...
if(lock.tryLock(3, SECONDS))
{
  try
  {
    value = innerStructure.get(id);
    if(value == null)
    {
      value = getValueFromSomeSlowSource(id);
      innerStructure.put(id, value); 
    }
  }
  finally
  {
    lock.unlock();
  }
}
...

我知道最终实例成员在线程之间同步，但是对于这些成员所持有的对象来说也是如此吗？

也许这是一个愚蠢的问题，但我不知道如何测试它以确保它适用于每个操作系统和每个架构。

Answer 1

对于初学者来说，这不是一个愚蠢的问题。同步确实很难做到正确，而且我并不自称是这方面的专家。

在您的程序中，在指定的上下文中，是的，您可以假设您获得的String是最新版本。但是，您的代码仍然不安全，因为您正在从 synchronized block 外部的 Map 读取值。如果此读取发生在 Map 向其中插入值的同时，则不能保证您能返回一个合理的值。我知道至少在某些实现上，由于实现中的一些奇怪之处，这可能会导致无限循环。

简而言之，您不应该拥有由多个线程读取或写入的结构，除非您使用 synchronized 或锁等同步原语来保护它，或者除非该结构是专门设计为无锁，如 ConcurrentHashMap。

在这种情况下，您确实可以使用 ReentrantLock 来保护对结构的访问并进行定时等待，但如果这样做，您必须保证对结构的任何读取也是如此由同一把锁守卫。否则，您可能会面临多个线程看到不一致或损坏的数据的风​​险。