摘要：解決SimpleDateFormat類在高并發(fā)場景下的線程安全問題可以有多種方式，這里，就列舉幾個(gè)常用的方式供參考。
本文分享自華為云社區(qū)《【高并發(fā)】更正SimpleDateFormat類線程不安全問題分析的錯(cuò)誤》，作者： 冰 河 。
解決SimpleDateFormat類在高并發(fā)場景下的線程安全問題可以有多種方式，這里，就列舉幾個(gè)常用的方式供參考，大家也可以在評(píng)論區(qū)給出更多的解決方案。
1.局部變量法
最簡單的一種方式就是將SimpleDateFormat類對(duì)象定義成局部變量，如下所示的代碼，將SimpleDateFormat類對(duì)象定義在parse(String)方法的上面，即可解決問題。
package io.binghe.concurrent.lab06; import java.text.ParseException; import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.concurrent.CountDownLatch; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.Semaphore; /** * @author binghe * @version 1.0.0 * @description 局部變量法解決SimpleDateFormat類的線程安全問題 */ public class SimpleDateFormatTest02 { //執(zhí)行總次數(shù) private static final int EXECUTE_COUNT = 1000; //同時(shí)運(yùn)行的線程數(shù)量 private static final int THREAD_COUNT = 20; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { final Semaphore semaphore = new Semaphore(THREAD_COUNT); final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(EXECUTE_COUNT); ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); for (int i = 0; i < EXECUTE_COUNT; i++){ executorService.execute(() -> { try { semaphore.acquire(); try { SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd"); simpleDateFormat.parse("2020-01-01"); } catch (ParseException e) { System.out.println("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗"); e.printStackTrace(); System.exit(1); }catch (NumberFormatException e){ System.out.println("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗"); e.printStackTrace(); System.exit(1); } semaphore.release(); } catch (InterruptedException e) { System.out.println("信號(hào)量發(fā)生錯(cuò)誤"); e.printStackTrace(); System.exit(1); } countDownLatch.countDown(); }); } countDownLatch.await(); executorService.shutdown(); System.out.println("所有線程格式化日期成功"); } }
此時(shí)運(yùn)行修改后的程序，輸出結(jié)果如下所示。
所有線程格式化日期成功至于在高并發(fā)場景下使用局部變量為何能解決線程的安全問題，會(huì)在【JVM專題】的JVM內(nèi)存模式相關(guān)內(nèi)容中深入剖析，這里不做過多的介紹了。
當(dāng)然，這種方式在高并發(fā)下會(huì)創(chuàng)建大量的SimpleDateFormat類對(duì)象，影響程序的性能，所以，這種方式在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境不太被推薦。
2.synchronized鎖方式
將SimpleDateFormat類對(duì)象定義成全局靜態(tài)變量，此時(shí)所有線程共享SimpleDateFormat類對(duì)象，此時(shí)在調(diào)用格式化時(shí)間的方法時(shí)，對(duì)SimpleDateFormat對(duì)象進(jìn)行同步即可，代碼如下所示。
package io.binghe.concurrent.lab06; import java.text.ParseException; import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.concurrent.CountDownLatch; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.Semaphore; /** * @author binghe * @version 1.0.0 * @description 通過Synchronized鎖解決SimpleDateFormat類的線程安全問題 */ public class SimpleDateFormatTest03 { //執(zhí)行總次數(shù) private static final int EXECUTE_COUNT = 1000; //同時(shí)運(yùn)行的線程數(shù)量 private static final int THREAD_COUNT = 20; //SimpleDateFormat對(duì)象 private static SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd"); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { final Semaphore semaphore = new Semaphore(THREAD_COUNT); final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(EXECUTE_COUNT); ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); for (int i = 0; i < EXECUTE_COUNT; i++){ executorService.execute(() -> { try { semaphore.acquire(); try { synchronized (simpleDateFormat){ simpleDateFormat.parse("2020-01-01"); } } catch (ParseException e) { System.out.println("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗"); e.printStackTrace(); System.exit(1); }catch (NumberFormatException e){ System.out.println("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗"); e.printStackTrace(); System.exit(1); } semaphore.release(); } catch (InterruptedException e) { System.out.println("信號(hào)量發(fā)生錯(cuò)誤"); e.printStackTrace(); System.exit(1); } countDownLatch.countDown(); }); } countDownLatch.await(); executorService.shutdown(); System.out.println("所有線程格式化日期成功"); } }
此時(shí)，解決問題的關(guān)鍵代碼如下所示。
synchronized (simpleDateFormat){ simpleDateFormat.parse("2020-01-01"); }
運(yùn)行程序，輸出結(jié)果如下所示。
所有線程格式化日期成功
需要注意的是，雖然這種方式能夠解決SimpleDateFormat類的線程安全問題，但是由于在程序的執(zhí)行過程中，為SimpleDateFormat類對(duì)象加上了synchronized鎖，導(dǎo)致同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程執(zhí)行parse(String)方法。此時(shí)，會(huì)影響程序的執(zhí)行性能，在要求高并發(fā)的生產(chǎn)環(huán)境下，此種方式也是不太推薦使用的。
3.Lock鎖方式
Lock鎖方式與synchronized鎖方式實(shí)現(xiàn)原理相同，都是在高并發(fā)下通過JVM的鎖機(jī)制來保證程序的線程安全。通過Lock鎖方式解決問題的代碼如下所示。
package io.binghe.concurrent.lab06; import java.text.ParseException; import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.concurrent.CountDownLatch; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.Semaphore; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; /** * @author binghe * @version 1.0.0 * @description 通過Lock鎖解決SimpleDateFormat類的線程安全問題 */ public class SimpleDateFormatTest04 { //執(zhí)行總次數(shù) private static final int EXECUTE_COUNT = 1000; //同時(shí)運(yùn)行的線程數(shù)量 private static final int THREAD_COUNT = 20; //SimpleDateFormat對(duì)象 private static SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd"); //Lock對(duì)象 private static Lock lock = new ReentrantLock(); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { final Semaphore semaphore = new Semaphore(THREAD_COUNT); final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(EXECUTE_COUNT); ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); for (int i = 0; i < EXECUTE_COUNT; i++){ executorService.execute(() -> { try { semaphore.acquire(); try { lock.lock(); simpleDateFormat.parse("2020-01-01"); } catch (ParseException e) { System.out.println("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗"); e.printStackTrace(); System.exit(1); }catch (NumberFormatException e){ System.out.println("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗"); e.printStackTrace(); System.exit(1); }finally { lock.unlock(); } semaphore.release(); } catch (InterruptedException e) { System.out.println("信號(hào)量發(fā)生錯(cuò)誤"); e.printStackTrace(); System.exit(1); } countDownLatch.countDown(); }); } countDownLatch.await(); executorService.shutdown(); System.out.println("所有線程格式化日期成功"); } }
通過代碼可以得知，首先，定義了一個(gè)Lock類型的全局靜態(tài)變量作為加鎖和釋放鎖的句柄。然后在simpleDateFormat.parse(String)代碼之前通過lock.lock()加鎖。這里需要注意的一點(diǎn)是：為防止程序拋出異常而導(dǎo)致鎖不能被釋放，一定要將釋放鎖的操作放到finally代碼塊中，如下所示。
finally { lock.unlock(); }
運(yùn)行程序，輸出結(jié)果如下所示。
所有線程格式化日期成功
此種方式同樣會(huì)影響高并發(fā)場景下的性能，不太建議在高并發(fā)的生產(chǎn)環(huán)境使用。
4.ThreadLocal方式
使用ThreadLocal存儲(chǔ)每個(gè)線程擁有的SimpleDateFormat對(duì)象的副本，能夠有效的避免多線程造成的線程安全問題，使用ThreadLocal解決線程安全問題的代碼如下所示。
package io.binghe.concurrent.lab06; import java.text.DateFormat; import java.text.ParseException; import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.concurrent.CountDownLatch; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.Semaphore; /** * @author binghe * @version 1.0.0 * @description 通過ThreadLocal解決SimpleDateFormat類的線程安全問題 */ public class SimpleDateFormatTest05 { //執(zhí)行總次數(shù) private static final int EXECUTE_COUNT = 1000; //同時(shí)運(yùn)行的線程數(shù)量 private static final int THREAD_COUNT = 20; private static ThreadLocal<DateFormat> threadLocal = new ThreadLocal<DateFormat>(){ @Override protected DateFormat initialValue() { return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd"); } }; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { final Semaphore semaphore = new Semaphore(THREAD_COUNT); final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(EXECUTE_COUNT); ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); for (int i = 0; i < EXECUTE_COUNT; i++){ executorService.execute(() -> { try { semaphore.acquire(); try { threadLocal.get().parse("2020-01-01"); } catch (ParseException e) { System.out.println("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗"); e.printStackTrace(); System.exit(1); }catch (NumberFormatException e){ System.out.println("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗"); e.printStackTrace(); System.exit(1); } semaphore.release(); } catch (InterruptedException e) { System.out.println("信號(hào)量發(fā)生錯(cuò)誤"); e.printStackTrace(); System.exit(1); } countDownLatch.countDown(); }); } countDownLatch.await(); executorService.shutdown(); System.out.println("所有線程格式化日期成功"); } }
通過代碼可以得知，將每個(gè)線程使用的SimpleDateFormat副本保存在ThreadLocal中，各個(gè)線程在使用時(shí)互不干擾，從而解決了線程安全問題。
運(yùn)行程序，輸出結(jié)果如下所示。
所有線程格式化日期成功
此種方式運(yùn)行效率比較高，推薦在高并發(fā)業(yè)務(wù)場景的生產(chǎn)環(huán)境使用。
另外，使用ThreadLocal也可以寫成如下形式的代碼，效果是一樣的。
package io.binghe.concurrent.lab06; import java.text.DateFormat; import java.text.ParseException; import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.concurrent.CountDownLatch; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.Semaphore; /** * @author binghe * @version 1.0.0 * @description 通過ThreadLocal解決SimpleDateFormat類的線程安全問題 */ public class SimpleDateFormatTest06 { //執(zhí)行總次數(shù) private static final int EXECUTE_COUNT = 1000; //同時(shí)運(yùn)行的線程數(shù)量 private static final int THREAD_COUNT = 20; private static ThreadLocal<DateFormat> threadLocal = new ThreadLocal<DateFormat>(); private static DateFormat getDateFormat(){ DateFormat dateFormat = threadLocal.get(); if(dateFormat == null){ dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd"); threadLocal.set(dateFormat); } return dateFormat; } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { final Semaphore semaphore = new Semaphore(THREAD_COUNT); final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(EXECUTE_COUNT); ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); for (int i = 0; i < EXECUTE_COUNT; i++){ executorService.execute(() -> { try { semaphore.acquire(); try { getDateFormat().parse("2020-01-01"); } catch (ParseException e) { System.out.println("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗"); e.printStackTrace(); System.exit(1); }catch (NumberFormatException e){ System.out.println("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗"); e.printStackTrace(); System.exit(1); } semaphore.release(); } catch (InterruptedException e) { System.out.println("信號(hào)量發(fā)生錯(cuò)誤"); e.printStackTrace(); System.exit(1); } countDownLatch.countDown(); }); } countDownLatch.await(); executorService.shutdown(); System.out.println("所有線程格式化日期成功"); } }
5.DateTimeFormatter方式
DateTimeFormatter是Java8提供的新的日期時(shí)間API中的類，DateTimeFormatter類是線程安全的，可以在高并發(fā)場景下直接使用DateTimeFormatter類來處理日期的格式化操作。代碼如下所示。
package io.binghe.concurrent.lab06; import java.time.LocalDate; import java.time.format.DateTimeFormatter; import java.util.concurrent.CountDownLatch; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.Semaphore; /** * @author binghe * @version 1.0.0 * @description 通過DateTimeFormatter類解決線程安全問題 */ public class SimpleDateFormatTest07 { //執(zhí)行總次數(shù) private static final int EXECUTE_COUNT = 1000; //同時(shí)運(yùn)行的線程數(shù)量 private static final int THREAD_COUNT = 20; private static DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd"); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { final Semaphore semaphore = new Semaphore(THREAD_COUNT); final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(EXECUTE_COUNT); ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); for (int i = 0; i < EXECUTE_COUNT; i++){ executorService.execute(() -> { try { semaphore.acquire(); try { LocalDate.parse("2020-01-01", formatter); }catch (Exception e){ System.out.println("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗"); e.printStackTrace(); System.exit(1); } semaphore.release(); } catch (InterruptedException e) { System.out.println("信號(hào)量發(fā)生錯(cuò)誤"); e.printStackTrace(); System.exit(1); } countDownLatch.countDown(); }); } countDownLatch.await(); executorService.shutdown(); System.out.println("所有線程格式化日期成功"); } }
可以看到，DateTimeFormatter類是線程安全的，可以在高并發(fā)場景下直接使用DateTimeFormatter類來處理日期的格式化操作。
運(yùn)行程序，輸出結(jié)果如下所示。
所有線程格式化日期成功
使用DateTimeFormatter類來處理日期的格式化操作運(yùn)行效率比較高，推薦在高并發(fā)業(yè)務(wù)場景的生產(chǎn)環(huán)境使用。
6.joda-time方式
joda-time是第三方處理日期時(shí)間格式化的類庫，是線程安全的。如果使用joda-time來處理日期和時(shí)間的格式化，則需要引入第三方類庫。這里，以Maven為例，如下所示引入joda-time庫。
<dependency> <groupId>joda-time</groupId> <artifactId>joda-time</artifactId> <version>2.9.9</version> </dependency>
引入joda-time庫后，實(shí)現(xiàn)的程序代碼如下所示。
package io.binghe.concurrent.lab06; import org.joda.time.DateTime; import org.joda.time.format.DateTimeFormat; import org.joda.time.format.DateTimeFormatter; import java.util.concurrent.CountDownLatch; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.Semaphore; /** * @author binghe * @version 1.0.0 * @description 通過DateTimeFormatter類解決線程安全問題 */ public class SimpleDateFormatTest08 { //執(zhí)行總次數(shù) private static final int EXECUTE_COUNT = 1000; //同時(shí)運(yùn)行的線程數(shù)量 private static final int THREAD_COUNT = 20; private static DateTimeFormatter dateTimeFormatter = DateTimeFormat.forPattern("yyyy-MM-dd"); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { final Semaphore semaphore = new Semaphore(THREAD_COUNT); final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(EXECUTE_COUNT); ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); for (int i = 0; i < EXECUTE_COUNT; i++){ executorService.execute(() -> { try { semaphore.acquire(); try { DateTime.parse("2020-01-01", dateTimeFormatter).toDate(); }catch (Exception e){ System.out.println("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗"); e.printStackTrace(); System.exit(1); } semaphore.release(); } catch (InterruptedException e) { System.out.println("信號(hào)量發(fā)生錯(cuò)誤"); e.printStackTrace(); System.exit(1); } countDownLatch.countDown(); }); } countDownLatch.await(); executorService.shutdown(); System.out.println("所有線程格式化日期成功"); } }
這里，需要注意的是：DateTime類是org.joda.time包下的類，DateTimeFormat類和DateTimeFormatter類都是org.joda.time.format包下的類，如下所示。
import org.joda.time.DateTime;
import org.joda.time.format.DateTimeFormat;
import org.joda.time.format.DateTimeFormatter;
運(yùn)行程序，輸出結(jié)果如下所示。
所有線程格式化日期成功
使用joda-time庫來處理日期的格式化操作運(yùn)行效率比較高，推薦在高并發(fā)業(yè)務(wù)場景的生產(chǎn)環(huán)境使用。
解決SimpleDateFormat類的線程安全問題的方案總結(jié)
綜上所示：在解決解決SimpleDateFormat類的線程安全問題的幾種方案中，局部變量法由于線程每次執(zhí)行格式化時(shí)間時(shí)，都會(huì)創(chuàng)建SimpleDateFormat類的對(duì)象，這會(huì)導(dǎo)致創(chuàng)建大量的SimpleDateFormat對(duì)象，浪費(fèi)運(yùn)行空間和消耗服務(wù)器的性能，因?yàn)镴VM創(chuàng)建和銷毀對(duì)象是要耗費(fèi)性能的。所以，不推薦在高并發(fā)要求的生產(chǎn)環(huán)境使用。
synchronized鎖方式和Lock鎖方式在處理問題的本質(zhì)上是一致的，通過加鎖的方式，使同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程執(zhí)行格式化日期和時(shí)間的操作。這種方式雖然減少了SimpleDateFormat對(duì)象的創(chuàng)建，但是由于同步鎖的存在，導(dǎo)致性能下降，所以，不推薦在高并發(fā)要求的生產(chǎn)環(huán)境使用。
ThreadLocal通過保存各個(gè)線程的SimpleDateFormat類對(duì)象的副本，使每個(gè)線程在運(yùn)行時(shí)，各自使用自身綁定的SimpleDateFormat對(duì)象，互不干擾，執(zhí)行性能比較高，推薦在高并發(fā)的生產(chǎn)環(huán)境使用。
DateTimeFormatter是Java 8中提供的處理日期和時(shí)間的類，DateTimeFormatter類本身就是線程安全的，經(jīng)壓測，DateTimeFormatter類處理日期和時(shí)間的性能效果還不錯(cuò)（后文單獨(dú)寫一篇關(guān)于高并發(fā)下性能壓測的文章）。所以，推薦在高并發(fā)場景下的生產(chǎn)環(huán)境使用。
joda-time是第三方處理日期和時(shí)間的類庫，線程安全，性能經(jīng)過高并發(fā)的考驗(yàn)，推薦在高并發(fā)場景下的生產(chǎn)環(huán)境使用。
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