1. Synchronized锁升级的原理

Synchronized锁升级是Java为了提高并发性能而引入的一项优化措施，这一机制主要发生在JDK 1.6及之后的版本中。Synchronized锁升级旨在减少锁带来的性能开销，通过从低开销的锁逐步升级到高开销的锁，以适应不同的竞争场景。其基本原理涉及四个阶段：无锁、偏向锁、轻量级锁和重量级锁。

无锁状态：初始时，对象头中并没有任何锁的信息，对象处于无锁状态。

偏向锁（Biased Locking）：

目标是消除数据竞争较少情况下的同步开销。当第一个线程访问同步块并获取锁时，JVM会将其标记为偏向锁，并将锁标记为这个线程ID。

在随后的访问中，如果仍然是这个线程请求锁，只需检查对象头中的线程ID即可，无需执行加锁操作，这大大提升了性能。

偏向锁可以被撤销，如果其他线程尝试获取这个锁，偏向锁会升级到轻量级锁。

轻量级锁：

当有第二个线程尝试竞争偏向锁时，偏向锁升级为轻量级锁，此时会尝试使用CAS操作（Compare and Swap）来避免线程阻塞。

竞争线程会尝试将自己线程的锁记录（存放在栈帧中）与对象头中的Mark Word交换，如果成功，则获取到锁，失败则自旋等待。

自旋是指线程在原地循环等待锁的释放，而不是立即挂起，减少了线程上下文切换的开销。

若自旋达到一定次数仍未获取到锁，轻量级锁会升级到重量级锁。

重量级锁：

当多个线程持续竞争，自旋不会带来收益时，锁升级为重量级锁，此时会使用操作系统的互斥量（mutex）来实现线程阻塞与唤醒。

这一阶段会涉及线程状态的转换和操作系统级别的上下文切换，开销较大，但能有效处理高度竞争的场景。

锁升级的过程是不可逆的，一旦升级到重量级锁，就不会再降级回轻量级锁或偏向锁。理解锁升级机制的关键在于认识到它是根据竞争情况动态调整的，以最小化同步操作的性能影响。在回答时，可以强调这一机制如何根据实际的竞争程度逐渐增加锁的复杂度，以平衡性能与安全需求。

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