SimpleDateFormat线程不安全了？这里有5种解决方案

摘要：我们知道SimpleDateFormat是线程不安全，本文会介绍多种解决方案来保证线程安全。

本文分享自华为云社区《java的SimpleDateFormat线程不安全出问题了，虚竹教你多种解决方案》，作者：小虚竹。

场景

在java8以前，要格式化日期时间，就需要用到SimpleDateFormat。

但我们知道SimpleDateFormat是线程不安全的，处理时要特别小心，要加锁或者不能定义为static，要在方法内new出对象，再进行格式化。很麻烦，而且重复地new出对象，也加大了内存开销。

SimpleDateFormat线程为什么是线程不安全的呢？

来看看SimpleDateFormat的源码，先看format方法：

// Called from Format after creating a FieldDelegate
    private StringBuffer format(Date date, StringBuffer toAppendTo,
                                FieldDelegate delegate) {
        // Convert input date to time field list
        calendar.setTime(date);
        ...
    }

问题就出在成员变量calendar，如果在使用SimpleDateFormat时，用static定义，那SimpleDateFormat变成了共享变量。那SimpleDateFormat中的calendar就可以被多个线程访问到。

SimpleDateFormat的parse方法也是线程不安全的：

 public Date parse(String text, ParsePosition pos)
    {
     ...
         Date parsedDate;
        try {
            parsedDate = calb.establish(calendar).getTime();
            // If the year value is ambiguous,
            // then the two-digit year == the default start year
            if (ambiguousYear[0]) {
                if (parsedDate.before(defaultCenturyStart)) {
                    parsedDate = calb.addYear(100).establish(calendar).getTime();
                }
            }
        }
        // An IllegalArgumentException will be thrown by Calendar.getTime()
        // if any fields are out of range, e.g., MONTH == 17.
        catch (IllegalArgumentException e) {
            pos.errorIndex = start;
            pos.index = oldStart;
            return null;
        }

        return parsedDate;  
 }

由源码可知，最后是调用**parsedDate = calb.establish(calendar).getTime();**获取返回值。方法的参数是calendar，calendar可以被多个线程访问到，存在线程不安全问题。

我们再来看看**calb.establish(calendar)**的源码

calb.establish(calendar)方法先后调用了cal.clear()和cal.set(),先清理值，再设值。但是这两个操作并不是原子性的，也没有线程安全机制来保证，导致多线程并发时，可能会引起cal的值出现问题了。

验证SimpleDateFormat线程不安全

public class SimpleDateFormatDemoTest {

    private static SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

    public static void main(String[] args) {
            //1、创建线程池
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
        //2、为线程池分配任务
        ThreadPoolTest threadPoolTest = new ThreadPoolTest();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            pool.submit(threadPoolTest);
        }
        //3、关闭线程池
        pool.shutdown();
    }
    static class  ThreadPoolTest implements Runnable{

        @Override
        public void run() {
                String dateString = simpleDateFormat.format(new Date());
                try {
                    Date parseDate = simpleDateFormat.parse(dateString);
                    String dateString2 = simpleDateFormat.format(parseDate);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程是否安全: "+dateString.equals(dateString2));
                } catch (Exception e) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 格式化失败 ");
                }
        }
    }
}

出现了两次false，说明线程是不安全的。而且还抛异常，这个就严重了。

解决方案

解决方案1：不要定义为static变量，使用局部变量

就是要使用SimpleDateFormat对象进行format或parse时，再定义为局部变量。就能保证线程安全。

public class SimpleDateFormatDemoTest1 {

    public static void main(String[] args) {
            //1、创建线程池
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
        //2、为线程池分配任务
        ThreadPoolTest threadPoolTest = new ThreadPoolTest();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            pool.submit(threadPoolTest);
        }
        //3、关闭线程池
        pool.shutdown();
    }
    static class  ThreadPoolTest implements Runnable{

        @Override
        public void run() {
            SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
            String dateString = simpleDateFormat.format(new Date());
            try {
                Date parseDate = simpleDateFormat.parse(dateString);
                String dateString2 = simpleDateFormat.format(parseDate);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程是否安全: "+dateString.equals(dateString2));
            } catch (Exception e) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 格式化失败 ");
            }
        }
    }
}

由图可知，已经保证了线程安全，但这种方案不建议在高并发场景下使用，因为会创建大量的SimpleDateFormat对象，影响性能。

解决方案2：加锁：synchronized锁和Lock锁

加synchronized锁

SimpleDateFormat对象还是定义为全局变量，然后需要调用SimpleDateFormat进行格式化时间时，再用synchronized保证线程安全。

public class SimpleDateFormatDemoTest2 {

    private static SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

    public static void main(String[] args) {
            //1、创建线程池
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
        //2、为线程池分配任务
        ThreadPoolTest threadPoolTest = new ThreadPoolTest();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            pool.submit(threadPoolTest);
        }
        //3、关闭线程池
        pool.shutdown();
    }

    static class  ThreadPoolTest implements Runnable{

        @Override
        public void run() {
            try {
                synchronized (simpleDateFormat){
                    String dateString = simpleDateFormat.format(new Date());
                    Date parseDate = simpleDateFormat.parse(dateString);
                    String dateString2 = simpleDateFormat.format(parseDate);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程是否安全: "+dateString.equals(dateString2));
                }
            } catch (Exception e) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 格式化失败 ");
            }
        }
    }
}

如图所示，线程是安全的。定义了全局变量SimpleDateFormat，减少了创建大量SimpleDateFormat对象的损耗。但是使用synchronized锁，
同一时刻只有一个线程能执行锁住的代码块，在高并发的情况下会影响性能。但这种方案不建议在高并发场景下使用

加Lock锁

加Lock锁和synchronized锁原理是一样的，都是使用锁机制保证线程的安全。

public class SimpleDateFormatDemoTest3 {

    private static SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
    private static Lock lock = new ReentrantLock();
    public static void main(String[] args) {
            //1、创建线程池
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
        //2、为线程池分配任务
        ThreadPoolTest threadPoolTest = new ThreadPoolTest();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            pool.submit(threadPoolTest);
        }
        //3、关闭线程池
        pool.shutdown();
    }

    static class  ThreadPoolTest implements Runnable{

        @Override
        public void run() {
            try {
                lock.lock();
                    String dateString = simpleDateFormat.format(new Date());
                    Date parseDate = simpleDateFormat.parse(dateString);
                    String dateString2 = simpleDateFormat.format(parseDate);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程是否安全: "+dateString.equals(dateString2));
            } catch (Exception e) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 格式化失败 ");
            }finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

由结果可知，加Lock锁也能保证线程安全。要注意的是，最后一定要释放锁，代码里在finally里增加了lock.unlock();，保证释放锁。

在高并发的情况下会影响性能。这种方案不建议在高并发场景下使用

解决方案3：使用ThreadLocal方式

使用ThreadLocal保证每一个线程有SimpleDateFormat对象副本。这样就能保证线程的安全。

public class SimpleDateFormatDemoTest4 {

    private static ThreadLocal<DateFormat> threadLocal = new ThreadLocal<DateFormat>(){
        @Override
        protected DateFormat initialValue() {
            return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        }
    };
    public static void main(String[] args) {
            //1、创建线程池
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
        //2、为线程池分配任务
        ThreadPoolTest threadPoolTest = new ThreadPoolTest();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            pool.submit(threadPoolTest);
        }
        //3、关闭线程池
        pool.shutdown();
    }

    static class  ThreadPoolTest implements Runnable{

        @Override
        public void run() {
            try {
                    String dateString = threadLocal.get().format(new Date());
                    Date parseDate = threadLocal.get().parse(dateString);
                    String dateString2 = threadLocal.get().format(parseDate);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程是否安全: "+dateString.equals(dateString2));
            } catch (Exception e) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 格式化失败 ");
            }finally {
                //避免内存泄漏，使用完threadLocal后要调用remove方法清除数据
                threadLocal.remove();
            }
        }
    }
}

使用ThreadLocal能保证线程安全，且效率也是挺高的。适合高并发场景使用。

解决方案4：使用DateTimeFormatter代替SimpleDateFormat

使用DateTimeFormatter代替SimpleDateFormat（DateTimeFormatter是线程安全的，java 8+支持）
DateTimeFormatter介绍传送门：万字博文教你搞懂java源码的日期和时间相关用法

public class DateTimeFormatterDemoTest5 {
    private static DateTimeFormatter dateTimeFormatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

    public static void main(String[] args) {
        //1、创建线程池
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
        //2、为线程池分配任务
        ThreadPoolTest threadPoolTest = new ThreadPoolTest();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            pool.submit(threadPoolTest);
        }
        //3、关闭线程池
        pool.shutdown();
    }
    static class  ThreadPoolTest implements Runnable{

        @Override
        public void run() {
            try {
                String dateString = dateTimeFormatter.format(LocalDateTime.now());
                TemporalAccessor temporalAccessor = dateTimeFormatter.parse(dateString);
                String dateString2 = dateTimeFormatter.format(temporalAccessor);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程是否安全: "+dateString.equals(dateString2));
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 格式化失败 ");
            }
        }
    }
}

使用DateTimeFormatter能保证线程安全，且效率也是挺高的。适合高并发场景使用。

解决方案5：使用FastDateFormat 替换SimpleDateFormat

使用FastDateFormat 替换SimpleDateFormat（FastDateFormat 是线程安全的，Apache Commons Lang包支持，不受限于java版本）

public class FastDateFormatDemo6 {
    private static FastDateFormat fastDateFormat = FastDateFormat.getInstance("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

    public static void main(String[] args) {
        //1、创建线程池
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
        //2、为线程池分配任务
        ThreadPoolTest threadPoolTest = new ThreadPoolTest();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            pool.submit(threadPoolTest);
        }
        //3、关闭线程池
        pool.shutdown();
    }
    static class  ThreadPoolTest implements Runnable{

        @Override
        public void run() {
            try {
                String dateString = fastDateFormat.format(new Date());
                Date parseDate =  fastDateFormat.parse(dateString);
                String dateString2 = fastDateFormat.format(parseDate);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程是否安全: "+dateString.equals(dateString2));
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 格式化失败 ");
            }
        }
    }
}

使用FastDateFormat能保证线程安全，且效率也是挺高的。适合高并发场景使用。

FastDateFormat源码分析

Apache Commons Lang 3.5
//FastDateFormat
@Override
public String format(final Date date) {
   return printer.format(date);
}

    @Override
    public String format(final Date date) {
        final Calendar c = Calendar.getInstance(timeZone, locale);
        c.setTime(date);
        return applyRulesToString(c);
    }

源码中 Calender 是在 format 方法里创建的，肯定不会出现 setTime 的线程安全问题。这样线程安全疑惑解决了。那还有性能问题要考虑？

我们来看下FastDateFormat是怎么获取的

FastDateFormat.getInstance();
FastDateFormat.getInstance(CHINESE_DATE_TIME_PATTERN);

看下对应的源码

/**
 * 获得 FastDateFormat实例，使用默认格式和地区
 *
 * @return FastDateFormat
 */
public static FastDateFormat getInstance() {
   return CACHE.getInstance();
}

/**
 * 获得 FastDateFormat 实例，使用默认地区<br>
 * 支持缓存
 *
 * @param pattern 使用{@link java.text.SimpleDateFormat} 相同的日期格式
 * @return FastDateFormat
 * @throws IllegalArgumentException 日期格式问题
 */
public static FastDateFormat getInstance(final String pattern) {
   return CACHE.getInstance(pattern, null, null);
}

这里有用到一个CACHE，看来用了缓存，往下看

private static final FormatCache<FastDateFormat> CACHE = new FormatCache<FastDateFormat>(){
   @Override
   protected FastDateFormat createInstance(final String pattern, final TimeZone timeZone, final Locale locale) {
      return new FastDateFormat(pattern, timeZone, locale);
   }
};

//
abstract class FormatCache<F extends Format> {
    ...
    private final ConcurrentMap<Tuple, F> cInstanceCache = new ConcurrentHashMap<>(7);

    private static final ConcurrentMap<Tuple, String> C_DATE_TIME_INSTANCE_CACHE = new ConcurrentHashMap<>(7);
    ...
}

在getInstance 方法中加了ConcurrentMap 做缓存，提高了性能。且我们知道ConcurrentMap 也是线程安全的。

实践

/**
 * 年月格式 {@link FastDateFormat}：yyyy-MM
 */
public static final FastDateFormat NORM_MONTH_FORMAT = FastDateFormat.getInstance(NORM_MONTH_PATTERN);

//FastDateFormat
public static FastDateFormat getInstance(final String pattern) {
   return CACHE.getInstance(pattern, null, null);
}

如图可证，是使用了ConcurrentMap 做缓存。且key值是格式，时区和locale（语境）三者都相同为相同的key。

结论

1、不要定义为static变量，使用局部变量

2、加锁：synchronized锁和Lock锁

3、使用ThreadLocal方式

4、使用DateTimeFormatter代替SimpleDateFormat（DateTimeFormatter是线程安全的，java 8+支持）

5、使用FastDateFormat 替换SimpleDateFormat（FastDateFormat 是线程安全的，Apache Commons Lang包支持，java8之前推荐此用法）

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posted @ 2021-10-21 15:48 华为云开发者联盟阅读(422) 评论(0) 编辑收藏举报

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