Synchronized 锁升级是 JVM 为优化性能，根据竞争激烈程度将锁从低开销状态逐步升级到高开销状态的过程，核心是从偏向锁→轻量级锁→重量级锁，且升级过程不可逆。
1. 偏向锁（Biased Locking）
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适用场景：无竞争或只有一个线程重复获取锁的场景。
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核心原理：锁对象头（Mark Word）会记录当前持有锁的线程 ID，后续该线程再次获取锁时，只需判断线程 ID 是否一致，无需 CAS 操作，开销极低。
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升级触发：当有第二个线程尝试获取该锁时，偏向锁会被撤销，升级为轻量级锁。
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优点：开销极低，几乎无额外消耗。首次获取锁时仅需一次 CAS 操作，后续同一线程再次获取锁，仅需判断对象头的线程 ID 是否匹配，无需任何同步操作。
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缺点：存在“偏向锁撤销”开销。当有第二个线程竞争锁时，需暂停持有锁的线程，将偏向锁撤销为无锁状态或升级为轻量级锁，此过程会带来性能损耗。
2. 轻量级锁（Lightweight Locking）
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适用场景：多个线程交替获取锁，竞争不激烈的场景。
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核心原理：线程在栈帧中创建“锁记录”，并通过 CAS 操作将锁对象头的 Mark Word 替换为指向该锁记录的指针。若 CAS 成功，则线程持有锁；若失败，则表示存在竞争，锁会膨胀为重量级锁。
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升级触发：当 CAS 操作失败，或存在线程自旋（默认 10 次）仍未获取到锁时，轻量级锁升级为重量级锁。
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优点：竞争不激烈时，性能优于重量级锁。通过自旋（用户态循环等待）避免线程阻塞，减少内核态与用户态的切换开销（切换开销远大于自旋）。
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缺点：自旋会消耗 CPU 资源。若锁竞争激烈，线程自旋多次仍未获取锁，会导致“空耗 CPU”，最终还需升级为重量级锁，额外增加升级开销。
3. 重量级锁（Heavyweight Locking）
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适用场景：多个线程同时竞争锁，竞争激烈的场景。
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核心原理：依赖操作系统的互斥量（Mutex）实现，线程获取不到锁时会被阻塞（进入内核态），释放锁时会唤醒阻塞的线程，开销较高。
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特点：一旦升级为重量级锁，不会再降级为轻量级锁或偏向锁。
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优点：能稳定处理高竞争场景。依赖操作系统互斥量（Mutex）实现，线程获取不到锁时会被阻塞（释放 CPU），不会空耗资源。
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缺点：开销极高。线程阻塞/唤醒需切换至内核态，操作耗时远大于用户态操作；且唤醒线程时可能存在“惊群效应”（多个线程被同时唤醒但只有一个能获取锁），进一步增加性能损耗。
