一、synchronized鎖的基本原理

synchronized是Java中用于實(shí)現(xiàn)線程安全的關(guān)鍵字，它可以應(yīng)用于方法或代碼塊。當(dāng)一個線程進(jìn)入synchronized代碼塊時，它將獲得一個鎖，其他線程在嘗試進(jìn)入同步代碼塊時會被阻塞，直到持有鎖的線程釋放鎖。

synchronized鎖的基本原理是基于對象的監(jiān)視器（monitor）。每個Java對象都有一個與之關(guān)聯(lián)的監(jiān)視器，這個監(jiān)視器可以被一個線程持有。當(dāng)一個線程獲取到對象的監(jiān)視器時，它就可以執(zhí)行同步代碼塊，其他線程則需要等待。

二、synchronized鎖的升級

盡管synchronized鎖是簡單易用的，但在高并發(fā)場景下性能可能不盡如人意。為了提高并發(fā)性能，Java引入了一些鎖的升級機(jī)制，具體如下：

1、偏向鎖（Biased Locking）

偏向鎖是JDK 6中引入的一種優(yōu)化機(jī)制。它的設(shè)計(jì)初衷是針對沒有競爭的場景，假設(shè)在多數(shù)情況下，鎖總是由同一線程多次獲得的。在偏向鎖狀態(tài)下，當(dāng)一個線程獲取到鎖后，會在對象頭中記錄下自己的線程ID。這樣，下次該線程再次獲取鎖時，無需進(jìn)行同步操作，可以直接進(jìn)入臨界區(qū)。

2、輕量級鎖（Lightweight Locking）

輕量級鎖是JDK 6中對synchronized鎖的升級改進(jìn)。它的目標(biāo)是在多個線程交替執(zhí)行同步塊的情況下，減少傳統(tǒng)的重量級鎖的開銷。輕量級鎖的實(shí)現(xiàn)方式是通過CAS（Compare and Swap）操作來實(shí)現(xiàn)，將對象頭中的一部分空間作為鎖記錄。當(dāng)多個線程競爭同一鎖時，會嘗試使用CAS操作來獲取鎖，成功則進(jìn)入臨界區(qū)，失敗則升級為重量級鎖。

3、重量級鎖（Heavyweight Locking）

重量級鎖是synchronized鎖的默認(rèn)狀態(tài)，也是最常見的狀態(tài)。當(dāng)多個線程競爭同一鎖時，會進(jìn)入重量級鎖狀態(tài)。在重量級鎖狀態(tài)下，競爭失敗的線程會進(jìn)入阻塞狀態(tài)，被放入鎖的等待隊(duì)列中。只有持有鎖的線程釋放鎖后，等待隊(duì)列中的線程才有機(jī)會獲取鎖進(jìn)入臨界區(qū)。

三、各個鎖的狀態(tài)對比

下面對偏向鎖、輕量級鎖和重量級鎖進(jìn)行簡要對比，以便更好地理解它們之間的差異。

1、偏向鎖

適用場景：適用于多數(shù)情況下鎖總是由同一線程多次獲得的場景。獲取鎖的代價：獲取偏向鎖的代價非常低，幾乎沒有額外開銷。競爭情況：當(dāng)其他線程嘗試競爭偏向鎖時，偏向鎖會自動升級為輕量級鎖。

2、輕量級鎖

適用場景：適用于多個線程交替執(zhí)行同步塊的情況，競爭不激烈的場景。獲取鎖的代價：獲取輕量級鎖的代價相對較低，需要進(jìn)行CAS操作。競爭情況：當(dāng)競爭激烈或者CAS操作失敗時，輕量級鎖會自動升級為重量級鎖。

3、重量級鎖

適用場景：適用于競爭激烈的場景，多個線程頻繁爭奪同一個鎖的情況。獲取鎖的代價：獲取重量級鎖的代價相對較高，需要進(jìn)行線程阻塞和喚醒操作。競爭情況：當(dāng)持有鎖的線程釋放鎖后，等待隊(duì)列中的線程按照FIFO順序競爭鎖的獲取。

需要注意的是，鎖的升級過程是自動進(jìn)行的，開發(fā)者無需手動干預(yù)。JVM會根據(jù)鎖的競爭情況自動切換鎖的狀態(tài)，以平衡性能和線程公平性。

在實(shí)際開發(fā)中，選擇合適的鎖取決于具體的應(yīng)用場景和線程競爭情況。如果線程之間的競爭非常激烈，可以考慮使用其他更高級的鎖機(jī)制，如并發(fā)包中提供的ReentrantLock、ReadWriteLock等，它們提供了更細(xì)粒度的控制和更高的并發(fā)性能。