一、synchronized鎖的基本原理

synchronized是Java中用于實(shí)現(xiàn)線(xiàn)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(gè)線(xiàn)程進(jìn)入synchronized代碼塊時(shí)，它將獲得一個(gè)鎖，其他線(xiàn)程在嘗試進(jìn)入同步代碼塊時(shí)會(huì)被阻塞，直到持有鎖的線(xiàn)程釋放鎖。

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

二、synchronized鎖的升級(jí)

盡管synchronized鎖是簡(jiǎn)單易用的，但在高并發(fā)場(chǎng)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(jí)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(duì)沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)的場(chǎng)景，假設(shè)在多數(shù)情況下，鎖總是由同一線(xiàn)程多次獲得的。在偏向鎖狀態(tài)下，當(dāng)一個(gè)線(xiàn)程獲取到鎖后，會(huì)在對(duì)象頭中記錄下自己的線(xiàn)程ID。這樣，下次該線(xiàn)程再次獲取鎖時(shí)，無(wú)需進(jìn)行同步操作，可以直接進(jìn)入臨界區(qū)。

2、輕量級(jí)鎖（Lightweight Locking）

輕量級(jí)鎖是JDK 6中對(duì)synchronized鎖的升級(jí)改進(jìn)。它的目標(biāo)是在多個(gè)線(xiàn)程交替執(zhí)行同步塊的情況下，減少傳統(tǒng)的重量級(jí)鎖的開(kāi)銷(xiāo)。輕量級(jí)鎖的實(shí)現(xiàn)方式是通過(guò)CAS（Compare and Swap）操作來(lái)實(shí)現(xiàn)，將對(duì)象頭中的一部分空間作為鎖記錄。當(dāng)多個(gè)線(xiàn)程競(jìng)爭(zhēng)同一鎖時(shí)，會(huì)嘗試使用CAS操作來(lái)獲取鎖，成功則進(jìn)入臨界區(qū)，失敗則升級(jí)為重量級(jí)鎖。

3、重量級(jí)鎖（Heavyweight Locking）

重量級(jí)鎖是synchronized鎖的默認(rèn)狀態(tài)，也是最常見(jiàn)的狀態(tài)。當(dāng)多個(gè)線(xiàn)程競(jìng)爭(zhēng)同一鎖時(shí)，會(huì)進(jìn)入重量級(jí)鎖狀態(tài)。在重量級(jí)鎖狀態(tài)下，競(jìng)爭(zhēng)失敗的線(xiàn)程會(huì)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(xiàn)程釋放鎖后，等待隊(duì)列中的線(xiàn)程才有機(jī)會(huì)獲取鎖進(jìn)入臨界區(qū)。

三、各個(gè)鎖的狀態(tài)對(duì)比

下面對(duì)偏向鎖、輕量級(jí)鎖和重量級(jí)鎖進(jìn)行簡(jiǎn)要對(duì)比，以便更好地理解它們之間的差異。

1、偏向鎖

適用場(chǎng)景：適用于多數(shù)情況下鎖總是由同一線(xiàn)程多次獲得的場(chǎng)景。獲取鎖的代價(jià)：獲取偏向鎖的代價(jià)非常低，幾乎沒(méi)有額外開(kāi)銷(xiāo)。競(jìng)爭(zhēng)情況：當(dāng)其他線(xiàn)程嘗試競(jìng)爭(zhēng)偏向鎖時(shí)，偏向鎖會(huì)自動(dòng)升級(jí)為輕量級(jí)鎖。

2、輕量級(jí)鎖

適用場(chǎng)景：適用于多個(gè)線(xiàn)程交替執(zhí)行同步塊的情況，競(jìng)爭(zhēng)不激烈的場(chǎng)景。獲取鎖的代價(jià)：獲取輕量級(jí)鎖的代價(jià)相對(duì)較低，需要進(jìn)行CAS操作。競(jìng)爭(zhēng)情況：當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)激烈或者CAS操作失敗時(shí)，輕量級(jí)鎖會(huì)自動(dòng)升級(jí)為重量級(jí)鎖。

3、重量級(jí)鎖

適用場(chǎng)景：適用于競(jìng)爭(zhēng)激烈的場(chǎng)景，多個(gè)線(xiàn)程頻繁爭(zhēng)奪同一個(gè)鎖的情況。獲取鎖的代價(jià)：獲取重量級(jí)鎖的代價(jià)相對(duì)較高，需要進(jìn)行線(xiàn)程阻塞和喚醒操作。競(jìng)爭(zhēng)情況：當(dāng)持有鎖的線(xiàn)程釋放鎖后，等待隊(duì)列中的線(xiàn)程按照FIFO順序競(jìng)爭(zhēng)鎖的獲取。

需要注意的是，鎖的升級(jí)過(guò)程是自動(dòng)進(jìn)行的，開(kāi)發(fā)者無(wú)需手動(dòng)干預(yù)。JVM會(huì)根據(jù)鎖的競(jìng)爭(zhēng)情況自動(dòng)切換鎖的狀態(tài)，以平衡性能和線(xiàn)程公平性。

在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，選擇合適的鎖取決于具體的應(yīng)用場(chǎng)景和線(xiàn)程競(jìng)爭(zhēng)情況。如果線(xiàn)程之間的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，可以考慮使用其他更高級(jí)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。