【高并發(fā)】SimpleDateFormat類的線程安全問題和解決方案（附6種解決方案）
大家好，我是冰河~~
首先問下大家：你使用的SimpleDateFormat類還安全嗎？為什么說SimpleDateFormat類不是線程安全的？帶著問題從本文中尋求答案。
提起SimpleDateFormat類，想必做過Java開發(fā)的童鞋都不會感到陌生。沒錯，它就是Java中提供的日期時間的轉(zhuǎn)化類。這里，為什么說SimpleDateFormat類有線程安全問題呢？有些小伙伴可能會提出疑問：我們生產(chǎn)環(huán)境上一直在使用SimpleDateFormat類來解析和格式化日期和時間類型的數(shù)據(jù)，一直都沒有問題啊！我的回答是：沒錯，那是因為你們的系統(tǒng)達(dá)不到SimpleDateFormat類出現(xiàn)問題的并發(fā)量，也就是說你們的系統(tǒng)沒啥負(fù)載！
接下來，我們就一起看下在高并發(fā)下SimpleDateFormat類為何會出現(xiàn)安全問題，以及如何解決SimpleDateFormat類的安全問題。
重現(xiàn)SimpleDateFormat類的線程安全問題
為了重現(xiàn)SimpleDateFormat類的線程安全問題，一種比較簡單的方式就是使用線程池結(jié)合Java并發(fā)包中的CountDownLatch類和Semaphore類來重現(xiàn)線程安全問題。
有關(guān)CountDownLatch類和Semaphore類的具體用法和底層原理與源碼解析在【高并發(fā)專題】后文會深度分析。這里，大家只需要知道CountDownLatch類可以使一個線程等待其他線程各自執(zhí)行完畢后再執(zhí)行。而Semaphore類可以理解為一個計數(shù)信號量，必須由獲取它的線程釋放，經(jīng)常用來限制訪問某些資源的線程數(shù)量，例如限流等。
好了，先來看下重現(xiàn)SimpleDateFormat類的線程安全問題的代碼，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; /** * @author binghe * @version 1.0.0 * @description 測試SimpleDateFormat的線程不安全問題 */ public class SimpleDateFormatTest01 { //執(zhí)行總次數(shù) private static final int EXECUTE_COUNT = 1000; //同時運(yùn)行的線程數(shù)量 private static final int THREAD_COUNT = 20; //SimpleDateFormat對象 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 { 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("信號量發(fā)生錯誤"); 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，在SimpleDateFormatTest01類中，首先定義了兩個常量，一個是程序執(zhí)行的總次數(shù)，一個是同時運(yùn)行的線程數(shù)量。程序中結(jié)合線程池和CountDownLatch類與Semaphore類來模擬高并發(fā)的業(yè)務(wù)場景。其中，有關(guān)日期轉(zhuǎn)化的代碼只有如下一行。
simpleDateFormat.parse("2020-01-01");
當(dāng)程序捕獲到異常時，打印相關(guān)的信息，并退出整個程序的運(yùn)行。當(dāng)程序正確運(yùn)行后，會打印“所有線程格式化日期成功”。
運(yùn)行程序輸出的結(jié)果信息如下所示。
Exception in thread "pool-1-thread-4" Exception in thread "pool-1-thread-1" Exception in thread "pool-1-thread-2" 線程：pool-1-thread-7 格式化日期失敗 線程：pool-1-thread-9 格式化日期失敗 線程：pool-1-thread-10 格式化日期失敗 Exception in thread "pool-1-thread-3" Exception in thread "pool-1-thread-5" Exception in thread "pool-1-thread-6" 線程：pool-1-thread-15 格式化日期失敗 線程：pool-1-thread-21 格式化日期失敗 Exception in thread "pool-1-thread-23" 線程：pool-1-thread-16 格式化日期失敗 線程：pool-1-thread-11 格式化日期失敗 java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException 線程：pool-1-thread-27 格式化日期失敗 at java.lang.System.arraycopy(Native Method) at java.lang.AbstractStringBuilder.append(AbstractStringBuilder.java:597) at java.lang.StringBuffer.append(StringBuffer.java:367) at java.text.DigitList.getLong(DigitList.java:191)線程：pool-1-thread-25 格式化日期失敗 at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2084) at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:1869) at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514) 線程：pool-1-thread-14 格式化日期失敗 at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364) at io.binghe.concurrent.lab06.SimpleDateFormatTest01.lambda$main
Exception in thread "pool-1-thread-4" Exception in thread "pool-1-thread-1" Exception in thread "pool-1-thread-2" 線程：pool-1-thread-7 格式化日期失敗 線程：pool-1-thread-9 格式化日期失敗 線程：pool-1-thread-10 格式化日期失敗 Exception in thread "pool-1-thread-3" Exception in thread "pool-1-thread-5" Exception in thread "pool-1-thread-6" 線程：pool-1-thread-15 格式化日期失敗 線程：pool-1-thread-21 格式化日期失敗 Exception in thread "pool-1-thread-23" 線程：pool-1-thread-16 格式化日期失敗 線程：pool-1-thread-11 格式化日期失敗 java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException 線程：pool-1-thread-27 格式化日期失敗 at java.lang.System.arraycopy(Native Method) at java.lang.AbstractStringBuilder.append(AbstractStringBuilder.java:597) at java.lang.StringBuffer.append(StringBuffer.java:367) at java.text.DigitList.getLong(DigitList.java:191)線程：pool-1-thread-25 格式化日期失敗 at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2084) at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:1869) at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514) 線程：pool-1-thread-14 格式化日期失敗 at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364) at io.binghe.concurrent.lab06.SimpleDateFormatTest01.lambda$main$0(SimpleDateFormatTest01.java:47) 線程：pool-1-thread-13 格式化日期失敗 at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149) at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) java.lang.NumberFormatException: For input string: "" at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65) 線程：pool-1-thread-20 格式化日期失敗 at java.lang.Long.parseLong(Long.java:601) at java.lang.Long.parseLong(Long.java:631) at java.text.DigitList.getLong(DigitList.java:195) at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2084) at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:2162) at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514) at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364) at io.binghe.concurrent.lab06.SimpleDateFormatTest01.lambda$main$0(SimpleDateFormatTest01.java:47) at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149) at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) java.lang.NumberFormatException: For input string: "" at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65) at java.lang.Long.parseLong(Long.java:601) at java.lang.Long.parseLong(Long.java:631) at java.text.DigitList.getLong(DigitList.java:195) at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2084) at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:1869) at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514) at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364) Process finished with exit code 1
(SimpleDateFormatTest01.java:47) 線程：pool-1-thread-13 格式化日期失敗 at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149) at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) java.lang.NumberFormatException: For input string: "" at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65) 線程：pool-1-thread-20 格式化日期失敗 at java.lang.Long.parseLong(Long.java:601) at java.lang.Long.parseLong(Long.java:631) at java.text.DigitList.getLong(DigitList.java:195) at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2084) at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:2162) at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514) at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364) at io.binghe.concurrent.lab06.SimpleDateFormatTest01.lambda$mainException in thread "pool-1-thread-4" Exception in thread "pool-1-thread-1" Exception in thread "pool-1-thread-2" 線程：pool-1-thread-7 格式化日期失敗 線程：pool-1-thread-9 格式化日期失敗 線程：pool-1-thread-10 格式化日期失敗 Exception in thread "pool-1-thread-3" Exception in thread "pool-1-thread-5" Exception in thread "pool-1-thread-6" 線程：pool-1-thread-15 格式化日期失敗 線程：pool-1-thread-21 格式化日期失敗 Exception in thread "pool-1-thread-23" 線程：pool-1-thread-16 格式化日期失敗 線程：pool-1-thread-11 格式化日期失敗 java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException 線程：pool-1-thread-27 格式化日期失敗 at java.lang.System.arraycopy(Native Method) at java.lang.AbstractStringBuilder.append(AbstractStringBuilder.java:597) at java.lang.StringBuffer.append(StringBuffer.java:367) at java.text.DigitList.getLong(DigitList.java:191)線程：pool-1-thread-25 格式化日期失敗 at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2084) at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:1869) at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514) 線程：pool-1-thread-14 格式化日期失敗 at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364) at io.binghe.concurrent.lab06.SimpleDateFormatTest01.lambda$main$0(SimpleDateFormatTest01.java:47) 線程：pool-1-thread-13 格式化日期失敗 at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149) at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) java.lang.NumberFormatException: For input string: "" at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65) 線程：pool-1-thread-20 格式化日期失敗 at java.lang.Long.parseLong(Long.java:601) at java.lang.Long.parseLong(Long.java:631) at java.text.DigitList.getLong(DigitList.java:195) at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2084) at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:2162) at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514) at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364) at io.binghe.concurrent.lab06.SimpleDateFormatTest01.lambda$main$0(SimpleDateFormatTest01.java:47) at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149) at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) java.lang.NumberFormatException: For input string: "" at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65) at java.lang.Long.parseLong(Long.java:601) at java.lang.Long.parseLong(Long.java:631) at java.text.DigitList.getLong(DigitList.java:195) at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2084) at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:1869) at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514) at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364) Process finished with exit code 1
(SimpleDateFormatTest01.java:47) at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149) at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) java.lang.NumberFormatException: For input string: "" at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65) at java.lang.Long.parseLong(Long.java:601) at java.lang.Long.parseLong(Long.java:631) at java.text.DigitList.getLong(DigitList.java:195) at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2084) at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:1869) at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514) at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364) Process finished with exit code 1說明，在高并發(fā)下使用SimpleDateFormat類格式化日期時拋出了異常，SimpleDateFormat類不是線程安全的！！！
接下來，我們就看下，SimpleDateFormat類為何不是線程安全的。
SimpleDateFormat類為何不是線程安全的？
那么，接下來，我們就一起來看看真正引起SimpleDateFormat類線程不安全的根本原因。
通過查看SimpleDateFormat類的源碼，我們得知：SimpleDateFormat是繼承自DateFormat類，DateFormat類中維護(hù)了一個全局的Calendar變量，如下所示。
/** * The {@link Calendar} instance used for calculating the date-time fields * and the instant of time. This field is used for both formatting and * parsing. * *
Subclasses should initialize this field to a {@link Calendar} * appropriate for the {@link Locale} associated with this * DateFormat. * @serial */ protected Calendar calendar;
從注釋可以看出，這個Calendar對象既用于格式化也用于解析日期時間。接下來，我們再查看parse()方法接近最后的部分。
@Override public Date parse(String text, ParsePosition pos){ ################此處省略N行代碼################## 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; }
可見，最后的返回值是通過調(diào)用CalendarBuilder.establish()方法獲得的，而這個方法的參數(shù)正好就是前面的Calendar對象。
接下來，我們再來看看CalendarBuilder.establish()方法，如下所示。
Calendar establish(Calendar cal) { boolean weekDate = isSet(WEEK_YEAR) && field[WEEK_YEAR] > field[YEAR]; if (weekDate && !cal.isWeekDateSupported()) { // Use YEAR instead if (!isSet(YEAR)) { set(YEAR, field[MAX_FIELD + WEEK_YEAR]); } weekDate = false; } cal.clear(); // Set the fields from the min stamp to the max stamp so that // the field resolution works in the Calendar. for (int stamp = MINIMUM_USER_STAMP; stamp < nextStamp; stamp++) { for (int index = 0; index <= maxFieldIndex; index++) { if (field[index] == stamp) { cal.set(index, field[MAX_FIELD + index]); break; } } } if (weekDate) { int weekOfYear = isSet(WEEK_OF_YEAR) ? field[MAX_FIELD + WEEK_OF_YEAR] : 1; int dayOfWeek = isSet(DAY_OF_WEEK) ? field[MAX_FIELD + DAY_OF_WEEK] : cal.getFirstDayOfWeek(); if (!isValidDayOfWeek(dayOfWeek) && cal.isLenient()) { if (dayOfWeek >= 8) { dayOfWeek--; weekOfYear += dayOfWeek / 7; dayOfWeek = (dayOfWeek % 7) + 1; } else { while (dayOfWeek <= 0) { dayOfWeek += 7; weekOfYear--; } } dayOfWeek = toCalendarDayOfWeek(dayOfWeek); } cal.setWeekDate(field[MAX_FIELD + WEEK_YEAR], weekOfYear, dayOfWeek); } return cal; }
在CalendarBuilder.establish()方法中先后調(diào)用了cal.clear()與cal.set()，也就是先清除cal對象中設(shè)置的值，再重新設(shè)置新的值。由于Calendar內(nèi)部并沒有線程安全機(jī)制，并且這兩個操作也都不是原子性的，所以當(dāng)多個線程同時操作一個SimpleDateFormat時就會引起cal的值混亂。類似地， format()方法也存在同樣的問題。
因此， SimpleDateFormat類不是線程安全的根本原因是：DateFormat類中的Calendar對象被多線程共享，而Calendar對象本身不支持線程安全。
那么，得知了SimpleDateFormat類不是線程安全的，以及造成SimpleDateFormat類不是線程安全的原因，那么如何解決這個問題呢？接下來，我們就一起探討下如何解決SimpleDateFormat類在高并發(fā)場景下的線程安全問題。
解決SimpleDateFormat類的線程安全問題
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，就列舉幾個常用的方式供參考，大家也可以在評論區(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類對象定義成局部變量，如下所示的代碼，將SimpleDateFormat類對象定義在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("信號量發(fā)生錯誤"); 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)下會創(chuàng)建大量的SimpleDateFormat類對象，影響程序的性能，所以，這種方式在實際生產(chǎn)環(huán)境不太被推薦。
2.synchronized鎖方式
將SimpleDateFormat類對象定義成全局靜態(tài)變量，此時所有線程共享SimpleDateFormat類對象，此時在調(diào)用格式化時間的方法時，對SimpleDateFormat對象進(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; //同時運(yùn)行的線程數(shù)量 private static final int THREAD_COUNT = 20; //SimpleDateFormat對象 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("信號量發(fā)生錯誤"); 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，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類對象加上了synchronized鎖，導(dǎo)致同一時刻只能有一個線程執(zhí)行parse(String)方法。此時，會影響程序的執(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; //同時運(yùn)行的線程數(shù)量 private static final int THREAD_COUNT = 20; //SimpleDateFormat對象 private static SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd"); //Lock對象 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("信號量發(fā)生錯誤"); 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存儲每個線程擁有的SimpleDateFormat對象的副本，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; //同時運(yùn)行的線程數(shù)量 private static final int THREAD_COUNT = 20; private static ThreadLocal
通過代碼可以得知，將每個線程使用的SimpleDateFormat副本保存在ThreadLocal中，各個線程在使用時互不干擾，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; //同時運(yùn)行的線程數(shù)量 private static final int THREAD_COUNT = 20; private static ThreadLocal
5.DateTimeFormatter方式
DateTimeFormatter是Java8提供的新的日期時間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("信號量發(fā)生錯誤"); 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。
引入joda-time庫后，實現(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("信號量發(fā)生錯誤"); 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)行格式化時間時，都會創(chuàng)建SimpleDateFormat類的對象，這會導(dǎo)致創(chuàng)建大量的SimpleDateFormat對象，浪費(fèi)運(yùn)行空間和消耗服務(wù)器的性能，因為JVM創(chuàng)建和銷毀對象是要耗費(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，使同一時刻只能有一個線程執(zhí)行格式化日期和時間的操作。這種方式雖然減少了SimpleDateFormat對象的創(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通過保存各個線程的SimpleDateFormat類對象的副本，使每個線程在運(yùn)行時，各自使用自身綁定的SimpleDateFormat對象，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類處理日期和時間的性能效果還不錯（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間的類庫，線程安全，性能經(jīng)過高并發(fā)的考驗，推薦在高并發(fā)場景下的生產(chǎn)環(huán)境使用。
好了，今天就到這兒吧，我是冰河，大家有啥問題可以在下方留言，也可以加我微信：hacker_binghe，我拉你進(jìn)群，一起交流技術(shù)，一起進(jìn)階，一起牛逼~~
Java JDK JVM 任務(wù)調(diào)度 多線程
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