java的SimpleDateFormat线程不安全的几种解决方案

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目录

• 场景
• SimpleDateFormat线程为什么是线程不安全的呢？
• 验证SimpleDateFormat线程不安全
• 解决方案
• 解决方案1：不要定义为static变量，使用局部变量
• 解决方案2：加锁：synchronized锁和Lock锁 加synchronized锁
• 加Lock锁
• 解决方案3：使用ThreadLocal方式
• 解决方案4：使用DateTimeFormatter代替SimpleDateFormat
• 解决方案5：使用FastDateFormat 替换SimpleDateFormat
• FastDateFormat源码分析
• 实践
• 结论

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 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 * 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);

//FastDateFormatpublic 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

这个是阿里巴巴 java开发手册中的规定：

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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