并发编程（三）：互斥锁——语言层的原子性、可见性与有序性 · ThinkerQAQ

0. 从上一篇继续

这一篇直接从语言内存模型层的规则讨论 Mutex。

1. 三种语言的锁规则分别保证什么？

1.1 Java：synchronized 与 Monitor

Java 的 synchronized 锁定对象关联的 Monitor。JLS §17.1 规定：

"Only one thread at a time may hold a lock on a monitor."

这条规则对应 Atomicity。同一时刻只有一个线程能持有 Monitor，所以只有它能进入临界区，其他使用同一 Monitor 的线程只能等待。

JLS §17.4.5 还规定：

"An unlock on a monitor happens-before every subsequent lock on that monitor."

这条规则同时对应 Visibility 和 Ordering。

对于 Visibility，A 的写入发生在 unlock 之前，B 的读取发生在后续 lock 之后。通过 happens-before 的传递性，A 在临界区中的写入对 B 可见。

对于 Ordering，A 内部的写入顺序、unlock → lock 和 B 内部的读取顺序被连成一条 happens-before 链。因此，B 不能看到 ready = true、counter = 0 这种违反该顺序的结果。

1.2 Go：sync.Mutex

Go 的 sync.Mutex 不绑定某个 Goroutine，也不提供可重入语义。sync.Mutex.Lock 规定：

"If the lock is already in use, the calling goroutine blocks until the mutex is available."

这条规则对应 Atomicity。一个 Goroutine 持有 Mutex 时，其他 Goroutine 会等待，不能进入受同一 Mutex 保护的临界区。

The Go Memory Model - Locks 还规定：

"For any sync.Mutex or sync.RWMutex variable l and n < m, call n of l.Unlock() is synchronized before call m of l.Lock() returns."

这条规则同时对应 Visibility 和 Ordering。

对于 Visibility，A 的写入 sequenced-before Unlock，Unlock 又 synchronized-before B 的 Lock 返回，B 的读取发生在 Lock 返回之后。这些关系组成 happens-before，因此 A 的写入对 B 可见。

对于 Ordering，同一条 happens-before 链把 A 内部的写入顺序、Unlock → Lock 和 B 内部的读取顺序连起来。因此，B 同样不能看到 ready = true、counter = 0。

1.3 CPython：threading.Lock

Python 官方的 threading.Lock 文档规定：

"A primitive lock is a synchronization primitive that is not owned by a particular thread when locked."

"All methods are executed atomically."

第二条规则对应 Atomicity。Lock 已经被获得时，其他线程的 acquire() 会等待；因此同一时刻只有一个线程能进入受同一把 Lock 保护的临界区。

Visibility 和 Ordering 则不能像 Java、Go 那样从一条正式的 Memory Model 规则推出。Python 没有定义 release → acquire 的 happens-before 关系；官方文档只把 Lock 定义为 synchronization primitive。

因此，Python 程序应该使用同一把 Lock 同步共享状态，而不是依赖 GIL 或某条字节码当前是否可中断。在 CPython 中，Lock 如何落实跨临界区的可见性和顺序边界，需要到下一篇继续下钻实现。

2. 下一篇：互斥锁是怎么实现的？

这一篇停在语言层：从 Atomicity、Visibility 和 Ordering 三个方面，看一把 Mutex 向程序员提供什么保证。

下一篇会把这些语言层保证转换成实现层真正需要解决的问题，分别沿着 Java synchronized、Go sync.Mutex 和 CPython threading.Lock，从 Runtime 一直看到 CPU。