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关于SimpleDateFormat安全的时间格式化线程安全问题

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在Java中进行日期格式化常用到SimpleDateFormat,经常把SimpleDateFormat定义成一个static类型的变量,方便在其他地方被使用,但是在多线程应用中会出现线程不安全问题,但是为什么出现线程不安全问题?感谢下面这个仁兄的讲解。

转载:https://blog.csdn.net/zxh87/article/details/19414885

我们都知道在程序中我们应当尽量少的创建SimpleDateFormat 实例,因为创建这么一个实例需要耗费很大的代价。在一个读取数据库数据导出到excel文件的例子当中,每次处理一个时间信息的时候,就需要创建一个SimpleDateFormat实例对象,然后再丢弃这个对象。大量的对象就这样被创建出来,占用大量的内存和 jvm空间。代码如下:

package com.peidasoft.dateformat;

import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class DateUtil {
    
    public static  String formatDate(Date date)throws ParseException{
         SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        return sdf.format(date);
    }
    
    public static Date parse(String strDate) throws ParseException{
         SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        return sdf.parse(strDate);
    }
}

  你也许会说,OK,那我就创建一个静态的simpleDateFormat实例,然后放到一个DateUtil类(如下)中,在使用时直接使用这个实例进行操作,这样问题就解决了。改进后的代码如下:

package com.peidasoft.dateformat;

import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class DateUtil {
    private static final  SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
    
    public static  String formatDate(Date date)throws ParseException{
        return sdf.format(date);
    }
    
    public static Date parse(String strDate) throws ParseException{

        return sdf.parse(strDate);
    }
}

  当然,这个方法的确很不错,在大部分的时间里面都会工作得很好。但当你在生产环境中使用一段时间之后,你就会发现这么一个事实:它不是线程安全的。在正常的测试情况之下,都没有问题,但一旦在生产环境中一定负载情况下时,这个问题就出来了。他会出现各种不同的情况,比如转化的时间不正确,比如报错等等。我们看下面的测试用例,那事实说话:

package com.peidasoft.dateformat;

import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class DateUtil {
    
    private static final  SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
    
    public static  String formatDate(Date date)throws ParseException{
        return sdf.format(date);
    }
    
    public static Date parse(String strDate) throws ParseException{

        return sdf.parse(strDate);
    }
}

 

package com.peidasoft.dateformat;

import java.text.ParseException;
import java.util.Date;

public class DateUtilTest {
    
    public static class TestSimpleDateFormatThreadSafe extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            while(true) {
                try {
                    this.join(2000);
                } catch (InterruptedException e1) {
                    e1.printStackTrace();
                }
                try {
                    System.out.println(this.getName()+":"+DateUtil.parse("2013-05-24 06:02:20"));
                } catch (ParseException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }    
    }
    
    
    public static void main(String[] args) {
        for(int i = 0; i < 3; i++){
            new TestSimpleDateFormatThreadSafe().start();
        }
            
    }
}

 

  执行输出如下:

Exception in thread "Thread-1" java.lang.NumberFormatException: multiple points
at sun.misc.FloatingDecimal.readJavaFormatString(FloatingDecimal.java:1082)
at java.lang.Double.parseDouble(Double.java:510)
at java.text.DigitList.getDouble(DigitList.java:151)
at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:1302)
at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:1589)
at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1311)
at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:335)
at com.peidasoft.orm.dateformat.DateNoStaticUtil.parse(DateNoStaticUtil.java:17)
at com.peidasoft.orm.dateformat.DateUtilTest$TestSimpleDateFormatThreadSafe.run(DateUtilTest.java:20)
Exception in thread "Thread-0" java.lang.NumberFormatException: multiple points
at sun.misc.FloatingDecimal.readJavaFormatString(FloatingDecimal.java:1082)
at java.lang.Double.parseDouble(Double.java:510)
at java.text.DigitList.getDouble(DigitList.java:151)
at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:1302)
at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:1589)
at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1311)
at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:335)
at com.peidasoft.orm.dateformat.DateNoStaticUtil.parse(DateNoStaticUtil.java:17)
at com.peidasoft.orm.dateformat.DateUtilTest$TestSimpleDateFormatThreadSafe.run(DateUtilTest.java:20)
Thread-2:Mon May 24 06:02:20 CST 2021
Thread-2:Fri May 24 06:02:20 CST 2013
Thread-2:Fri May 24 06:02:20 CST 2013
Thread-2:Fri May 24 06:02:20 CST 2013

  说明:Thread-1和Thread-0报java.lang.NumberFormatException: multiple points错误,直接挂掉,没起来;Thread-2 虽然没有挂死,但输出的时间是有错误的,比如我们输入的时间是:2013-05-24 06:02:20 ,当会输出:Mon May 24 06:02:20 CST 2021 这样的灵异事件。

  二.原因

  作为一个专业程序员,我们当然都知道,相比于共享一个变量的开销要比每次创建一个新变量要小很多。上面的优化过的静态的SimpleDateFormat版,之所在并发情况下回出现各种灵异错误,是因为SimpleDateFormat和DateFormat类不是线程安全的。我们之所以忽视线程安全的问题,是因为从SimpleDateFormat和DateFormat类提供给我们的接口上来看,实在让人看不出它与线程安全有何相干。只是在JDK文档的最下面有如下说明:

  SimpleDateFormat中的日期格式不是同步的。推荐(建议)为每个线程创建独立的格式实例。如果多个线程同时访问一个格式,则它必须保持外部同步。

  JDK原始文档如下:
  Synchronization:
  Date formats are not synchronized. 
  It is recommended to create separate format instances for each thread. 
  If multiple threads access a format concurrently, it must be synchronized externally.

  下面我们通过看JDK源码来看看为什么SimpleDateFormat和DateFormat类不是线程安全的真正原因:

  SimpleDateFormat继承了DateFormat,在DateFormat中定义了一个protected属性的 Calendar类的对象:calendar。只是因为Calendar累的概念复杂,牵扯到时区与本地化等等,Jdk的实现中使用了成员变量来传递参数,这就造成在多线程的时候会出现错误。

  在format方法里,有这样一段代码:

 private StringBuffer format(Date date, StringBuffer toAppendTo,
                                FieldDelegate delegate) {
        // Convert input date to time field list
        calendar.setTime(date);

    boolean useDateFormatSymbols = useDateFormatSymbols();

        for (int i = 0; i < compiledPattern.length; ) {
            int tag = compiledPattern[i] >>> 8;
        int count = compiledPattern[i++] & 0xff;
        if (count == 255) {
        count = compiledPattern[i++] << 16;
        count |= compiledPattern[i++];
        }

        switch (tag) {
        case TAG_QUOTE_ASCII_CHAR:
        toAppendTo.append((char)count);
        break;

        case TAG_QUOTE_CHARS:
        toAppendTo.append(compiledPattern, i, count);
        i += count;
        break;

        default:
                subFormat(tag, count, delegate, toAppendTo, useDateFormatSymbols);
        break;
        }
    }
        return toAppendTo;
    }

 

  calendar.setTime(date)这条语句改变了calendar,稍后,calendar还会用到(在subFormat方法里),而这就是引发问题的根源。想象一下,在一个多线程环境下,有两个线程持有了同一个SimpleDateFormat的实例,分别调用format方法:
  线程1调用format方法,改变了calendar这个字段。
  中断来了。
  线程2开始执行,它也改变了calendar。
  又中断了。
  线程1回来了,此时,calendar已然不是它所设的值,而是走上了线程2设计的道路。如果多个线程同时争抢calendar对象,则会出现各种问题,时间不对,线程挂死等等。
  分析一下format的实现,我们不难发现,用到成员变量calendar,唯一的好处,就是在调用subFormat时,少了一个参数,却带来了这许多的问题。其实,只要在这里用一个局部变量,一路传递下去,所有问题都将迎刃而解。
  这个问题背后隐藏着一个更为重要的问题--无状态:无状态方法的好处之一,就是它在各种环境下,都可以安全的调用。衡量一个方法是否是有状态的,就看它是否改动了其它的东西,比如全局变量,比如实例的字段。format方法在运行过程中改动了SimpleDateFormat的calendar字段,所以,它是有状态的。

  这也同时提醒我们在开发和设计系统的时候注意下一下三点:

  1.自己写公用类的时候,要对多线程调用情况下的后果在注释里进行明确说明

  2.对线程环境下,对每一个共享的可变变量都要注意其线程安全性

  3.我们的类和方法在做设计的时候,要尽量设计成无状态的

三.解决办法

  1.需要的时候创建新实例:

 

package com.peidasoft.dateformat;

import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class DateUtil {
    
    public static  String formatDate(Date date)throws ParseException{
         SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        return sdf.format(date);
    }
    
    public static Date parse(String strDate) throws ParseException{
         SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        return sdf.parse(strDate);
    }
}

 

  说明:在需要用到SimpleDateFormat 的地方新建一个实例,不管什么时候,将有线程安全问题的对象由共享变为局部私有都能避免多线程问题,不过也加重了创建对象的负担。在一般情况下,这样其实对性能影响比不是很明显的。

  2.使用同步:同步SimpleDateFormat对象

 

package com.peidasoft.dateformat;

import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class DateSyncUtil {

    private static SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
      
    public static String formatDate(Date date)throws ParseException{
        synchronized(sdf){
            return sdf.format(date);
        }  
    }
    
    public static Date parse(String strDate) throws ParseException{
        synchronized(sdf){
            return sdf.parse(strDate);
        }
    } 
}

 

  说明:当线程较多时,当一个线程调用该方法时,其他想要调用此方法的线程就要block,多线程并发量大的时候会对性能有一定的影响。

  3.使用ThreadLocal: 

 

package com.peidasoft.dateformat;

import java.text.DateFormat;
import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class ConcurrentDateUtil {

    private static ThreadLocal<DateFormat> threadLocal = new ThreadLocal<DateFormat>() {
        @Override
        protected DateFormat initialValue() {
            return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        }
    };

    public static Date parse(String dateStr) throws ParseException {
        return threadLocal.get().parse(dateStr);
    }

    public static String format(Date date) {
        return threadLocal.get().format(date);
    }
}

 

  另外一种写法:

package com.peidasoft.dateformat;

import java.text.DateFormat;
import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class ThreadLocalDateUtil {
    private static final String date_format = "yyyy-MM-dd HH:mm:ss";
    private static ThreadLocal<DateFormat> threadLocal = new ThreadLocal<DateFormat>(); 
public static DateFormat getDateFormat()   
    {  
        DateFormat df = threadLocal.get();  
        if(df==null){  
            df = new SimpleDateFormat(date_format);  
            threadLocal.set(df);  
        }  
        return df;  
    }  

    public static String formatDate(Date date) throws ParseException {
        return getDateFormat().format(date);
    }

    public static Date parse(String strDate) throws ParseException {
        return getDateFormat().parse(strDate);
    }   
}
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