SimpleDateFormat 的线程安全问题与解决方式

2022-09-04 16:04:26

SimpleDateFormat 的线程安全问题

SimpleDateFormat 是一个以国别敏感的方式格式化和分析数据的详细类。它同意格式化 (date -> text)、语法分析 (text -> date)和标准化。

可是 SimpleDateFormat 并非一个线程安全的类，在多线程并发訪问下会出现故障。通过下面代码进行检验，

public class ProveNotSafe {

	static SimpleDateFormat df = new SimpleDateFormat("dd-MMM-yyyy", Locale.US);

	static String testdata[] = { "01-Jan-1999", "14-Feb-2001", "31-Dec-2007" };

	public static void main(String[] args) {

		Runnable r[] = new Runnable[testdata.length];

		for (int i = 0; i < r.length; i++) {

			final int i2 = i;

			r[i] = new Runnable() {

				public void run() {

					try {

						for (int j = 0; j < 1000; j++) {

							String str = testdata[i2];

							String str2 = null;

							/* synchronized(df) */{

								Date d = df.parse(str);

								str2 = df.format(d);

								System.out.println("i: " + i2 + "\tj: " + j

										+ "\tThreadID: "

										+ Thread.currentThread().getId()

										+ "\tThreadName: "

										+ Thread.currentThread().getName()

										+ "\t" + str + "\t" + str2);

							}

							if (!str.equals(str2)) {

								throw new RuntimeException(

										"date conversion failed after " + j

												+ " iterations. Expected "

												+ str + " but got " + str2);

							}

						}

					} catch (ParseException e) {

						throw new RuntimeException("parse failed");

					}

				}

			};

			new Thread(r[i]).start();

		}

	}

}

多次执行，便会出现异常错误：

java.lang.RuntimeException: date conversion failed after 0 iterations. Expected 01-Jan-1999 but got 28-Jul-2015

线程訪问的情况大致例如以下图：

SimpleDateFormat 类内部有一个 Calendar 对象引用,它用来储存和这个 SimpleDateFormat 相关的日期信息,比如sdf.parse(dateStr), sdf.format(date) 诸如此类的方法參数传入的日期相关String, Date等等, 都是交给 Calendar 引用来储存的.这样就会导致一个问题,假设你的 SimpleDateFormat 是个static 的, 那么多个thread 之间就会共享这个SimpleDateFormat , 同一时候也是共享这个Calendar引用，那么就出现时间混乱的情况。

解决方法

（1）第一种方法，也是最简单的解决方式。我们能够把static去掉,这样每一个新的线程都会有一个自己的sdf实例,从而避免线程安全的问题。

SimpleDateFormat df = new SimpleDateFormat("dd-MMM-yyyy", Locale.US);

								Date d = df.parse(str);

								str2 = df.format(d);

此时訪问的情况例如以下：

然而,使用这样的方法,在高并发的情况下会大量的new sdf以及销毁sdf,这样是很耗费资源的。

（2）另外一种方法，使用 ThreadLocal。

在并发情况下,站点的请求任务与线程运行情况大概能够理解为例如以下。

比如Tomcat的线程池的最大Thread数为4, 如今须要运行的任务有1000个(理解为有1000个用户点了你的站点的某个功能)，而这1000个任务都会用到我们写的日期函数处理类

A) 假如说日期函数处理类使用的是new SimpleDateFormat的方法,那么这里就会有1000次sdf的创建和销毁

B) Java中提供了一种ThreadLocal的解决方式,它的工作方式是,每一个线程仅仅会有一个实例,也就是说我们运行完这1000个任务,总共仅仅会实例化4个sdf.

并且,它并不会有多线程的并发问题。由于,单个线程运行任务肯定是顺序的,比如Thread #1负责运行Task #1-#250, 那么他是顺序而运行Task #1-#250，而Thread #2拥有自己的sdf实例,他也是顺序运行任务 Task #251-#500, 以此类推。

/*

 */

package org.bupt.xiaoye.chapter3;

import java.text.ParseException;

import java.text.SimpleDateFormat;

import java.util.Date;

import java.util.HashMap;

import java.util.Map;

public class DateUtil {

	/** 存放不同的日期模板格式的sdf的Map */

	private static ThreadLocal<Map<String, SimpleDateFormat>> sdfMap = new ThreadLocal<Map<String, SimpleDateFormat>>() {

		@Override

		protected Map<String, SimpleDateFormat> initialValue() {

			System.out.println(Thread.currentThread().getName()	+ " init pattern: " + Thread.currentThread());

			return new HashMap<String, SimpleDateFormat>();

		}

	};

	/**

	 * 返回一个SimpleDateFormat,每一个线程仅仅会new一次pattern相应的sdf

	 *

	 * @param pattern

	 * @return

	 */

	private static SimpleDateFormat getSdf(final String pattern) {

		Map<String, SimpleDateFormat> tl = sdfMap.get();

		SimpleDateFormat sdf = tl.get(pattern);

		if (sdf == null) {

			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" put new sdf of pattern " + pattern + " to map");

			sdf = new SimpleDateFormat(pattern);

			tl.put(pattern, sdf);

		}

		return sdf;

	}

	/**

	 * 这样每一个线程仅仅会有一个SimpleDateFormat

	 *

	 * @param date

	 * @param pattern

	 * @return

	 */

	public static String format(Date date, String pattern) {

		return getSdf(pattern).format(date);

	}

	public static Date parse(String dateStr, String pattern)

			throws ParseException {

		return getSdf(pattern).parse(dateStr);

	}

}

这里每个线程都有以 Thread 为key的 Map表，而这个表又以pattern 为key，每个 pattern 都有一个唯一的 SimpleDateFormat 对象。

我们通过以下代码来測试：

package org.bupt.xiaoye.chapter3;

import java.text.ParseException;

import java.util.concurrent.ExecutorService;

import java.util.concurrent.Executors;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Test {

    public static void main(String[] args) {

        final String patten1 = "yyyy-MM-dd";

        final String patten2 = "yyyy-MM";

        Thread t1 = new Thread() {

            @Override

            public void run() {

                try {

                    DateUtil.parse("1992-09-13", patten1);

                } catch (ParseException e) {

                    e.printStackTrace();

                }

            }

        };

        Thread t2 = new Thread() {

            @Override

            public void run() {

                try {

                    DateUtil.parse("2000-09", patten2);

                } catch (ParseException e) {

                    e.printStackTrace();

                }

            }

        };

        Thread t3 = new Thread() {

            @Override

            public void run() {

                try {

                    DateUtil.parse("1992-09-13", patten1);

                } catch (ParseException e) {

                    e.printStackTrace();

                }

            }

        };

        Thread t4 = new Thread() {

            @Override

            public void run() {

                try {

                    DateUtil.parse("2000-09", patten2);

                } catch (ParseException e) {

                    e.printStackTrace();

                }

            }

        };

        Thread t5 = new Thread() {

            @Override

            public void run() {

                try {

                    DateUtil.parse("2000-09-13", patten1);

                } catch (ParseException e) {

                    e.printStackTrace();

                }

            }

        };

        Thread t6 = new Thread() {

            @Override

            public void run() {

                try {

                    DateUtil.parse("2000-09", patten2);

                } catch (ParseException e) {

                    e.printStackTrace();

                }

            }

        };

        System.out.println("单线程运行: ");

        ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(1);

        exec.execute(t1);

        exec.execute(t2);

        exec.execute(t3);

        exec.execute(t4);

        exec.execute(t5);

        exec.execute(t6);

        exec.shutdown();

        sleep(1000);

        System.out.println("双线程运行: ");

        ExecutorService exec2 = Executors.newFixedThreadPool(2);

        exec2.execute(t1);

        exec2.execute(t2);

        exec2.execute(t3);

        exec2.execute(t4);

        exec2.execute(t5);

        exec2.execute(t6);

        exec2.shutdown();

    }

    private static void sleep(long millSec) {

        try {

            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(millSec);

        } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();

        }

    }

}

单线程运行:

pool-1-thread-1 init pattern: Thread[pool-1-thread-1,5,main]

pool-1-thread-1 put new sdf of pattern yyyy-MM-dd to map

pool-1-thread-1 put new sdf of pattern yyyy-MM to map

双线程运行:

pool-2-thread-1 init pattern: Thread[pool-2-thread-1,5,main]

pool-2-thread-1 put new sdf of pattern yyyy-MM-dd to map

pool-2-thread-2 init pattern: Thread[pool-2-thread-2,5,main]

pool-2-thread-2 put new sdf of pattern yyyy-MM to map

pool-2-thread-1 put new sdf of pattern yyyy-MM to map

pool-2-thread-2 put new sdf of pattern yyyy-MM-dd to map

从输出我们能够看出:

1) 1个线程运行这6个任务的时候,这个线程首次使用过的时候会new一个新的sdf,而且以后都一直用这个sdf,而不是每次处理任务都新建一个新的sdf

2) 2个线程运行6个任务的时候也是同理,可是2个线程的sdf是分开的,每一个线程都有自己的"yyyy-MM-dd", "yyyy-MM"的sdf,所以他们不会有线程安全安全问题

试想,假设使用的是new的实现方法,那么无论是用1个线程去运行,还是用2个线程去运行这6个任务,都须要new 6个sdf