高并发场景下，6种解决SimpleDateFormat类的线程安全问题方法
摘要：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。
本文分享自华为云社区《【高并发】更正SimpleDateFormat类线程不安全问题分析的错误》，作者： 冰 河 。
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();
});
}
countDownLatch.await();
executorService.shutdown();
System.out.println("所有线程格式化日期成功");
}
}此时，解决问题的关键代码如下所示。
synchronized (simpleDateFormat){
simpleDateFormat.parse("2020-01-01");
}运行程序，输出结果如下所示。
所有线程格式化日期成功需要注意的是，虽然这种方式能够解决SimpleDateFormat类的线程安全问题，但是由于在程序的执行过程中，为SimpleDateFormat类对象加上了synchronized锁，导致同一时刻只能有一个线程执行parse(String)方法。此时，会影响程序的执行性能，在要求高并发的生产环境下，此种方式也是不太推荐使用的。
3.Lock锁方式
Lock锁方式与synchronized锁方式实现原理相同，都是在高并发下通过JVM的锁机制来保证程序的线程安全。通过Lock锁方式解决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;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
* @author binghe
* @version 1.0.0
* @description 通过Lock锁解决SimpleDateFormat类的线程安全问题
*/
public class SimpleDateFormatTest04 {
//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");
//Lock对象
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("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);
}finally {
lock.unlock();
}
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");
}
}通过代码可以得知，首先，定义了一个Lock类型的全局静态变量作为加锁和释放锁的句柄。然后在simpleDateFormat.parse(String)代码之前通过lock.lock()加锁。这里需要注意的一点是：为防止程序抛出异常而导致锁不能被释放，一定要将释放锁的操作放到finally代码块中，如下所示。
finally {
lock.unlock();
}运行程序，输出结果如下所示。
所有线程格式化日期成功此种方式同样会影响高并发场景下的性能，不太建议在高并发的生产环境使用。
4.ThreadLocal方式
使用ThreadLocal存储每个线程拥有的SimpleDateFormat对象的副本，能够有效的避免多线程造成的线程安全问题，使用ThreadLocal解决线程安全问题的代码如下所示。
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 通过ThreadLocal解决SimpleDateFormat类的线程安全问题
*/
public class SimpleDateFormatTest05 {
//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;
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("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");
}
}通过代码可以得知，将每个线程使用的SimpleDateFormat副本保存在ThreadLocal中，各个线程在使用时互不干扰，从而解决了线程安全问题。
运行程序，输出结果如下所示。
所有线程格式化日期成功此种方式运行效率比较高，推荐在高并发业务场景的生产环境使用。
另外，使用ThreadLocal也可以写成如下形式的代码，效果是一样的。
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 通过ThreadLocal解决SimpleDateFormat类的线程安全问题
*/
public class SimpleDateFormatTest06 {
//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;
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("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");
}
}5.DateTimeFormatter方式
DateTimeFormatter是Java8提供的新的日期时间API中的类，DateTimeFormatter类是线程安全的，可以在高并发场景下直接使用DateTimeFormatter类来处理日期的格式化操作。代码如下所示。
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 通过DateTimeFormatter类解决线程安全问题
*/
public class SimpleDateFormatTest07 {
//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;
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("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，DateTimeFormatter类是线程安全的，可以在高并发场景下直接使用DateTimeFormatter类来处理日期的格式化操作。
运行程序，输出结果如下所示。
所有线程格式化日期成功使用DateTimeFormatter类来处理日期的格式化操作运行效率比较高，推荐在高并发业务场景的生产环境使用。
6.joda-time方式
joda-time是第三方处理日期时间格式化的类库，是线程安全的。如果使用joda-time来处理日期和时间的格式化，则需要引入第三方类库。这里，以Maven为例，如下所示引入joda-time库。
<dependency>
<groupId>joda-time</groupId>
<artifactId>joda-time</artifactId>
<version>2.9.9</version>
</dependency>引入joda-time库后，实现的程序代码如下所示。
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 通过DateTimeFormatter类解决线程安全问题
*/
public class SimpleDateFormatTest08 {
//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;
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("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");
}
}这里，需要注意的是：DateTime类是org.joda.time包下的类，DateTimeFormat类和DateTimeFormatter类都是org.joda.time.format包下的类，如下所示。
import org.joda.time.DateTime;
import org.joda.time.format.DateTimeFormat;
import org.joda.time.format.DateTimeFormatter;运行程序，输出结果如下所示。
所有线程格式化日期成功使用joda-time库来处理日期的格式化操作运行效率比较高，推荐在高并发业务场景的生产环境使用。
解决SimpleDateFormat类的线程安全问题的方案总结
综上所示：在解决解决SimpleDateFormat类的线程安全问题的几种方案中，局部变量法由于线程每次执行格式化时间时，都会创建SimpleDateFormat类的对象，这会导致创建大量的SimpleDateFormat对象，浪费运行空间和消耗服务器的性能，因为JVM创建和销毁对象是要耗费性能的。所以，不推荐在高并发要求的生产环境使用。
synchronized锁方式和Lock锁方式在处理问题的本质上是一致的，通过加锁的方式，使同一时刻只能有一个线程执行格式化日期和时间的操作。这种方式虽然减少了SimpleDateFormat对象的创建，但是由于同步锁的存在，导致性能下降，所以，不推荐在高并发要求的生产环境使用。
ThreadLocal通过保存各个线程的SimpleDateFormat类对象的副本，使每个线程在运行时，各自使用自身绑定的SimpleDateFormat对象，互不干扰，执行性能比较高，推荐在高并发的生产环境使用。
DateTimeFormatter是Java 8中提供的处理日期和时间的类，DateTimeFormatter类本身就是线程安全的，经压测，DateTimeFormatter类处理日期和时间的性能效果还不错（后文单独写一篇关于高并发下性能压测的文章）。所以，推荐在高并发场景下的生产环境使用。
joda-time是第三方处理日期和时间的类库，线程安全，性能经过高并发的考验，推荐在高并发场景下的生产环境使用。
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