多线程环境下SimpleDateFormat线程不安全问题

左手的ㄟ右手 2022-01-23 15:13 390阅读 0赞

1.单线程环境下SimpleDateFormat去解析时间并没有什么问题。

2.但是在多线程情况下，会出现异常。下面我们就来分析分析SimpleDateFormat为什么不安全？是怎么引发的？以及多线程下有那些SimpleDateFormat的解决方案？

3.问题场景复现

*  一般我们使用SimpleDateFormat的时候会把它定义为一个静态变量，避免频繁创建它的对象实例，如下代码：
 *      public class SimpleDateFormatTest {
        
            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);
            }
        
            public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ParseException {
        
                System.out.println(sdf.format(new Date()));
                
            }
        }
 *  是不是感觉没什么毛病？单线程下自然没毛病了，都是运用到多线程下就有大问题了。
 *  测试下：
 *      public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ParseException {
        
            ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(100);
        
            for (int i = 0; i < 20; i++) {
                service.execute(() -> {
                    for (int j = 0; j < 10; j++) {
                        try {
                            System.out.println(parse("2018-01-02 09:45:59"));
                        } catch (ParseException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                });
            }
            // 等待上述的线程执行完
            service.shutdown();
            service.awaitTermination(1, TimeUnit.DAYS);
        }
 *  控制台打印结果：
 *      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
    
     
 *  你看这不崩了？部分线程获取的时间不对，部分线程直接报java.lang.NumberFormatException: multiple points错，线程直接挂死了。

4.多线程不安全原因

*  因为我们吧SimpleDateFormat定义为静态变量，那么多线程下SimpleDateFormat的实例就会被多个线程共享，B线程会读取到A线程的时间，就会出现时间差异和其它各种问题。
 *  SimpleDateFormat和它继承的DateFormat类也不是线程安全的
 *  那到底是为什么呢？
    
     *  来看看SimpleDateForma中t的format()方法的源码
 *      // 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);
        
            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;
        }

*  注意calendar.setTime(date);，SimpleDateFormat的format方法实际操作的就是Calendar（Calendar变量也就是一个共享变量线程不安全）。也正是因为每次在转化时间的时候foramat会先把时间set到calendar中，这样就会导致A线程读取到B线程的时间
 *  因为我们声明SimpleDateFormat为static变量，那么它的Calendar变量也就是一个共享变量，可以被多个线程访问。
 *  假设线程A执行完calendar.setTime(date)，把时间设置成2019-01-02，这时候被挂起，线程B获得CPU执行权。线程B也执行到了calendar.setTime(date)，把时间设置为2019-01-03。线程挂起，线程A继续走，calendar还会被继续使用(subFormat方法)刚才set到calendar中的时间，而这时calendar用的是线程B设置的值了，而这就是引发问题的根源，出现时间不对，线程挂死等等。
 *  其实SimpleDateFormat源码上作者也给过我们提示：
 *      * 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.
        日期格式不同步。 
        建议为每个线程创建单独的格式实例。
        如果多个线程同时访问一种格式，则必须在外部同步该格式。

5.解决方案

方法一：每次只在需要的时候创建新实例，不用static修饰（）

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);
    }

*  如上代码，仅在需要用到的地方创建一个新的实例，就没有线程安全问题，不过也加重了创建对象的负担，会频繁地创建和销毁对象，效率较低。

方法二：使用synchronized

*      private static final 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);
            }
        }
 *  简单粗暴，synchronized往上一套也可以解决线程安全问题，缺点自然就是并发量大的时候会对性能有影响，线程阻塞。

方法三：使用本地线程ThreadLocal（推荐使用）

*      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);
        }
 *  ThreadLocal可以确保每个线程都可以得到单独的一个SimpleDateFormat的对象，那么自然也就不存在竞争问题了。

《阿里巴巴开发手册》中也是如此使用的：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4NTQ1NzEz_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

注：可以先了解一下ThreadLocal是干嘛用的，都有哪些api，[附链接][Link 1]

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[Link 1]: https://mp.weixin.qq.com/s/06PyFlmcvhmCTz-Je2RZoA