高并发SimpleDateFormat类到底为啥不是线程安全的？（附六种解决方案，建议收藏）
Posted 冰 河
tags:
篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了高并发SimpleDateFormat类到底为啥不是线程安全的？（附六种解决方案，建议收藏）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
大家好，我是冰河~~
首先问下大家：你使用的SimpleDateFormat类还安全吗？为什么说SimpleDateFormat类不是线程安全的？带着问题从本文中寻求答案。
提起SimpleDateFormat类，想必做过Java开发的童鞋都不会感到陌生。没错，它就是Java中提供的日期时间的转化类。这里，为什么说SimpleDateFormat类有线程安全问题呢？有些小伙伴可能会提出疑问：我们生产环境上一直在使用SimpleDateFormat类来解析和格式化日期和时间类型的数据，一直都没有问题啊！我的回答是：没错，那是因为你们的系统达不到SimpleDateFormat类出现问题的并发量，也就是说你们的系统没啥负载！
接下来，我们就一起看下在高并发下SimpleDateFormat类为何会出现安全问题，以及如何解决SimpleDateFormat类的安全问题。
重现SimpleDateFormat类的线程安全问题
为了重现SimpleDateFormat类的线程安全问题，一种比较简单的方式就是使用线程池结合Java并发包中的CountDownLatch类和Semaphore类来重现线程安全问题。
有关CountDownLatch类和Semaphore类的具体用法和底层原理与源码解析在【高并发专题】后文会深度分析。这里，大家只需要知道CountDownLatch类可以使一个线程等待其他线程各自执行完毕后再执行。而Semaphore类可以理解为一个计数信号量，必须由获取它的线程释放，经常用来限制访问某些资源的线程数量，例如限流等。
好了，先来看下重现SimpleDateFormat类的线程安全问题的代码，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 测试SimpleDateFormat的线程不安全问题
*/
public class SimpleDateFormatTest01
//执行总次数
private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
//同时运行的线程数量
private static final int THREAD_COUNT = 20;
//SimpleDateFormat对象
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("线程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失败");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
catch (NumberFormatException e)
System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失败");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
semaphore.release();
catch (InterruptedException e)
System.out.println("信号量发生错误");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
countDownLatch.countDown();
);
countDownLatch.await();
executorService.shutdown();
System.out.println("所有线程格式化日期成功");
可以看到，在SimpleDateFormatTest01类中，首先定义了两个常量，一个是程序执行的总次数，一个是同时运行的线程数量。程序中结合线程池和CountDownLatch类与Semaphore类来模拟高并发的业务场景。其中，有关日期转化的代码只有如下一行。
simpleDateFormat.parse("2020-01-01");
当程序捕获到异常时，打印相关的信息，并退出整个程序的运行。当程序正确运行后，会打印“所有线程格式化日期成功”。
运行程序输出的结果信息如下所示。
Exception in thread "pool-1-thread-4" Exception in thread "pool-1-thread-1" Exception in thread "pool-1-thread-2" 线程：pool-1-thread-7 格式化日期失败
线程：pool-1-thread-9 格式化日期失败
线程：pool-1-thread-10 格式化日期失败
Exception in thread "pool-1-thread-3" Exception in thread "pool-1-thread-5" Exception in thread "pool-1-thread-6" 线程：pool-1-thread-15 格式化日期失败
线程：pool-1-thread-21 格式化日期失败
Exception in thread "pool-1-thread-23" 线程：pool-1-thread-16 格式化日期失败
线程：pool-1-thread-11 格式化日期失败
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException
线程：pool-1-thread-27 格式化日期失败
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)线程：pool-1-thread-25 格式化日期失败
at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2084)
at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:1869)
at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514)
线程：pool-1-thread-14 格式化日期失败
at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364)
at io.binghe.concurrent.lab06.SimpleDateFormatTest01.lambda$main$0(SimpleDateFormatTest01.java:47)
线程：pool-1-thread-13 格式化日期失败 at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$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)
线程：pool-1-thread-20 格式化日期失败 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
说明，在高并发下使用SimpleDateFormat类格式化日期时抛出了异常，SimpleDateFormat类不是线程安全的！！！
接下来，我们就看下，SimpleDateFormat类为何不是线程安全的。
SimpleDateFormat类为何不是线程安全的？
那么，接下来，我们就一起来看看真正引起SimpleDateFormat类线程不安全的根本原因。
通过查看SimpleDateFormat类的源码，我们得知：SimpleDateFormat是继承自DateFormat类，DateFormat类中维护了一个全局的Calendar变量，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.
*
* <p>Subclasses should initialize this field to a @link Calendar
* appropriate for the @link Locale associated with this
* <code>DateFormat</code>.
* @serial
*/
protected Calendar calendar;
从注释可以看出，这个Calendar对象既用于格式化也用于解析日期时间。接下来，我们再查看parse()方法接近最后的部分。
@Override
public Date parse(String text, ParsePosition pos)
################此处省略N行代码##################
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;
可见，最后的返回值是通过调用CalendarBuilder.establish()方法获得的，而这个方法的参数正好就是前面的Calendar对象。
接下来，我们再来看看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()方法中先后调用了cal.clear()与cal.set()，也就是先清除cal对象中设置的值，再重新设置新的值。由于Calendar内部并没有线程安全机制，并且这两个操作也都不是原子性的，所以当多个线程同时操作一个SimpleDateFormat时就会引起cal的值混乱。类似地， format()方法也存在同样的问题。
因此， SimpleDateFormat类不是线程安全的根本原因是：DateFormat类中的Calendar对象被多线程共享，而Calendar对象本身不支持线程安全。
那么，得知了SimpleDateFormat类不是线程安全的，以及造成SimpleDateFormat类不是线程安全的原因，那么如何解决这个问题呢？接下来，我们就一起探讨下如何解决SimpleDateFormat类在高并发场景下的线程安全问题。
解决SimpleDateFormat类的线程安全问题
解决SimpleDateFormat类在高并发场景下的线程安全问题可以有多种方式，这里，就列举几个常用的方式供参考，大家也可以在评论区给出更多的解决方案。
1.局部变量法
最简单的一种方式就是将SimpleDateFormat类对象定义成局部变量，如下所示的代码，将SimpleDateFormat类对象定义在parse(String)方法的上面，即可解决问题。
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 局部变量法解决SimpleDateFormat类的线程安全问题
*/
public class SimpleDateFormatTest02
//执行总次数
private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
//同时运行的线程数量
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("线程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失败");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
catch (NumberFormatException e)
System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失败");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
semaphore.release();
catch (InterruptedException e)
System.out.println("信号量发生错误");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
countDownLatch.countDown();
);
countDownLatch.await();
executorService.shutdown();
System.out.println("所有线程格式化日期成功");
此时运行修改后的程序，输出结果如下所示。
所有线程格式化日期成功
至于在高并发场景下使用局部变量为何能解决线程的安全问题，会在【JVM专题】的JVM内存模式相关内容中深入剖析，这里不做过多的介绍了。
当然，这种方式在高并发下会创建大量的SimpleDateFormat类对象，影响程序的性能，所以，这种方式在实际生产环境不太被推荐。
2.synchronized锁方式
将SimpleDateFormat类对象定义成全局静态变量，此时所有线程共享SimpleDateFormat类对象，此时在调用格式化时间的方法时，对SimpleDateFormat对象进行同步即可，代码如下所示。
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 通过Synchronized锁解决SimpleDateFormat类的线程安全问题
*/
public class SimpleDateFormatTest03
//执行总次数
private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
//同时运行的线程数量
private static final int THREAD_COUNT = 20;
//SimpleDateFormat对象
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("线程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失败");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
catch (NumberFormatException e)
System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失败");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
semaphore.release();
catch (InterruptedException e)
System.out.println("信号量发生错误");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
countDownLatch.countDown(6种方法帮你搞定SimpleDateFormat类不是线程安全的问题
SimpleDateFormat类到底为啥不是线程安全的？（附六种解决方案，建议收藏）
高并发消息队列补充篇：在所依赖存储不授信的场景下实现柔性事务降级