在 Java 中，synchronized关键字使用的锁有状态的升级和降级过程，主要涉及偏向锁、轻量级锁和重量级锁。
一、偏向锁（Biased Locking）
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引入目的：
- 在没有竞争的情况下，减少锁获取的开销。很多情况下，一个对象在被一个线程使用时，不存在多线程竞争，此时使用偏向锁可以避免不必要的同步操作。
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工作原理：
- 当一个线程首次访问同步块并获取锁时，锁对象会偏向这个线程，将线程 ID 记录在锁对象的头部。
- 后续这个线程再次进入同步块时，只需要检查锁对象的头部是否记录了自己的线程 ID，如果是，则直接进入同步块，无需进行任何同步操作。
二、轻量级锁（Lightweight Locking）
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升级场景：
- 当有第二个线程竞争锁时，偏向锁会升级为轻量级锁。
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工作原理（CAS+自旋）：
- 轻量级锁使用 CAS（Compare and Swap）操作来尝试获取锁。线程在自己的栈帧中创建一个锁记录（Lock Record），并将锁对象的 Mark Word 复制到锁记录中。
- 然后线程尝试使用 CAS 将锁对象的 Mark Word 更新为指向自己的锁记录的指针。如果 CAS 操作成功，线程就获得了锁；如果失败，说明有其他线程在竞争锁，当前线程会进行自旋等待，即不断地尝试获取锁，而不是进入阻塞状态。
三、重量级锁（Heavyweight Locking）
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升级场景：
- 如果轻量级锁的自旋等待时间过长或者自旋次数超过一定限制，轻量级锁会升级为重量级锁。
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工作原理：
- 重量级锁会导致线程进入阻塞状态，等待操作系统的调度。当锁被释放时，操作系统会唤醒等待的线程。
- 重量级锁的开销比较大，因为涉及到线程的阻塞和唤醒，以及操作系统的调度。
四、锁的降级
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情况较少：
- 锁的降级相对来说比较少见。一般在一些特定的场景下，比如在长时间没有竞争的情况下，可能会从重量级锁降级为轻量级锁或者偏向锁。
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实现困难：
- 在实际应用中，由于锁的升级过程是自动的，而降级过程相对复杂且不太容易自动触发，通常需要开发者根据具体情况进行特殊的处理和优化。
五、总结
锁的升级和降级过程是 JVM 为了在不同的竞争情况下提高性能而自动进行的调整。在实际开发中，开发者一般不需要直接干预这个过程，但了解这个机制可以帮助我们更好地理解 Java 中多线程同步的性能特点和优化方向。同时，在高并发场景下，合理地使用同步机制和避免过度竞争是提高程序性能的关键。
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