Java中synchronized锁升级由JVM自动完成，按无锁→偏向锁→轻量级锁→重量级锁顺序升级且不可降级；偏向锁优化单线程重复进入，轻量级锁通过自旋应对少量竞争，重量级锁依赖操作系统互斥量实现阻塞等待。
Java 中 synchronized 的锁升级不是由程序员手动控制的，而是 JVM 在运行时根据竞争情况自动优化的过程，目的是在低竞争场景下减少同步开销。整个过程从“无锁”状态开始，按需逐步升级：偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁，但不会降级（一旦升级为重量级锁，就保持该状态）。
偏向锁：单线程重复进入的优化
当一个线程第一次获取锁时，JVM 会将对象头中的 Mark Word 设置为偏向模式，并记录该线程 ID。后续该线程再次进入同步块时，只需检查 Mark Word 中的线程 ID 是否匹配，无需 CAS 操作或挂起线程。
- 适用场景：大部分同步块由同一个线程反复进入（如 getter/setter、单线程初始化逻辑）
- 撤销条件：有其他线程尝试获取该锁；或到达全局安全点（safepoint）时发生批量撤销（如启动参数 -XX:-UseBiasedLocking 可禁用）
- 注意：偏向锁在 JDK 15+ 默认关闭，JDK 10 后已标记为 deprecated
轻量级锁：少量线程竞争时的自旋优化
当偏向锁被另一个线程竞争时，JVM 撤销偏向状态，升级为轻量级锁。此时线程会在用户态通过 CAS 尝试将对象头替换为指向栈中 Lock Record 的指针；失败则自旋重试（默认 10 次），不立即阻塞。
- 自旋成功：获得锁，继续执行
- 自旋失败：说明竞争加剧，升级为重量级锁
- 优点：避免频繁的内核态线程挂起/唤醒开销
- 缺点：CPU 空转，高竞争下反而浪费资源
重量级锁：真正依赖操作系统互斥量
当轻量级锁自旋失败，或已有线程在等待队列中，JVM 将锁膨胀为重量级锁。此时 Mark Word 指向 Monitor 对象（位于对象头或堆内存中），所有未获取锁的线程进入 Monitor 的 EntryList 阻塞等待，由操作系统调度唤醒。
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- Monitor 包含 Owner、EntryList、WaitSet 等字段，底层调用 pthread_mutex 或 Windows CriticalSection
- 一旦升级至此，后续所有同步操作都走重量级路径，不再尝试降级或回退
- 可通过 jstack 查看线程状态为 BLOCKED，对应 monitor 持有者
锁升级的触发与观察
锁升级是隐式发生的，无法直接编码控制，但可通过工具辅助分析：
- 开启 JVM 参数：-XX:+PrintGCDetails -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintBiasedLockingStatistics 查看偏向锁统计
- 使用 JOL（Java Object Layout）查看对象头 Mark Word 变化（如 new Object() 初始为无锁，加 synchronized 后变化）
- 注意：锁升级发生在第一次加锁及后续竞争时刻，不是类加载或对象创建时
