java的SimpleDateFormat线程不安全出问题了,虚竹教你多种解决方案(万字长文*建议收藏)

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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

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calb.establish(calendar)方法先后调用了cal.clear()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 "); 				}         }     } } 
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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 "); 			} 		}     } } 
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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: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 "); } } } }

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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(); 			} 		}     } } 

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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(); 			} 		}     } } 
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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 "); 			} 		} 	} } 

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

这个是阿里巴巴 java开发手册中的规定:

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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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