在Java中进行日期格式化常用到SimpleDateFormat,经常把SimpleDateFormat定义成一个static类型的变量,方便在其他地方被使用,但是在多线程应用中会出现线程不安全问题,但是为什么出现线程不安全问题?感谢下面这个仁兄的讲解。
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我们都知道在程序中我们应当尽量少的创建SimpleDateFormat 实例,因为创建这么一个实例需要耗费很大的代价。在一个读取数据库数据导出到excel文件的例子当中,每次处理一个时间信息的时候,就需要创建一个SimpleDateFormat实例对象,然后再丢弃这个对象。大量的对象就这样被创建出来,占用大量的内存和 jvm空间。代码如下:
class="java" name="code">package com.peidasoft.dateformat; import java.text.ParseException; import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.Date; public class DateUtil { 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); } }
你也许会说,OK,那我就创建一个静态的simpleDateFormat实例,然后放到一个DateUtil类(如下)中,在使用时直接使用这个实例进行操作,这样问题就解决了。改进后的代码如下:
package com.peidasoft.dateformat; import java.text.ParseException; import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.Date; public class DateUtil { 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); } }
当然,这个方法的确很不错,在大部分的时间里面都会工作得很好。但当你在生产环境中使用一段时间之后,你就会发现这么一个事实:它不是线程安全的。在正常的测试情况之下,都没有问题,但一旦在生产环境中一定负载情况下时,这个问题就出来了。他会出现各种不同的情况,比如转化的时间不正确,比如报错等等。我们看下面的测试用例,那事实说话:
package com.peidasoft.dateformat; import java.text.ParseException; import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.Date; public class DateUtil { 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); } }
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package com.peidasoft.dateformat; import java.text.ParseException; import java.util.Date; public class DateUtilTest { public static class TestSimpleDateFormatThreadSafe extends Thread { @Override public void run() { while(true) { try { this.join(2000); } catch (InterruptedException e1) { e1.printStackTrace(); } try { System.out.println(this.getName()+":"+DateUtil.parse("2013-05-24 06:02:20")); } catch (ParseException e) { e.printStackTrace(); } } } } public static void main(String[] args) { for(int i = 0; i < 3; i++){ new TestSimpleDateFormatThreadSafe().start(); } } }
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执行输出如下:
Exception in thread "Thread-1" java.lang.NumberFormatException: multiple points说明:Thread-1和Thread-0报java.lang.NumberFormatException: multiple points错误,直接挂掉,没起来;Thread-2 虽然没有挂死,但输出的时间是有错误的,比如我们输入的时间是:2013-05-24 06:02:20 ,当会输出:Mon May 24 06:02:20 CST 2021 这样的灵异事件。
二.原因
作为一个专业程序员,我们当然都知道,相比于共享一个变量的开销要比每次创建一个新变量要小很多。上面的优化过的静态的SimpleDateFormat版,之所在并发情况下回出现各种灵异错误,是因为SimpleDateFormat和DateFormat类不是线程安全的。我们之所以忽视线程安全的问题,是因为从SimpleDateFormat和DateFormat类提供给我们的接口上来看,实在让人看不出它与线程安全有何相干。只是在JDK文档的最下面有如下说明:
SimpleDateFormat中的日期格式不是同步的。推荐(建议)为每个线程创建独立的格式实例。如果多个线程同时访问一个格式,则它必须保持外部同步。
JDK原始文档如下:
Synchronization:
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.
下面我们通过看JDK源码来看看为什么SimpleDateFormat和DateFormat类不是线程安全的真正原因:
SimpleDateFormat继承了DateFormat,在DateFormat中定义了一个protected属性的 Calendar类的对象:calendar。只是因为Calendar累的概念复杂,牵扯到时区与本地化等等,Jdk的实现中使用了成员变量来传递参数,这就造成在多线程的时候会出现错误。
在format方法里,有这样一段代码:
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; }
?
calendar.setTime(date)这条语句改变了calendar,稍后,calendar还会用到(在subFormat方法里),而这就是引发问题的根源。想象一下,在一个多线程环境下,有两个线程持有了同一个SimpleDateFormat的实例,分别调用format方法:
线程1调用format方法,改变了calendar这个字段。
中断来了。
线程2开始执行,它也改变了calendar。
又中断了。
线程1回来了,此时,calendar已然不是它所设的值,而是走上了线程2设计的道路。如果多个线程同时争抢calendar对象,则会出现各种问题,时间不对,线程挂死等等。
分析一下format的实现,我们不难发现,用到成员变量calendar,唯一的好处,就是在调用subFormat时,少了一个参数,却带来了这许多的问题。其实,只要在这里用一个局部变量,一路传递下去,所有问题都将迎刃而解。
这个问题背后隐藏着一个更为重要的问题--无状态:无状态方法的好处之一,就是它在各种环境下,都可以安全的调用。衡量一个方法是否是有状态的,就看它是否改动了其它的东西,比如全局变量,比如实例的字段。format方法在运行过程中改动了SimpleDateFormat的calendar字段,所以,它是有状态的。
这也同时提醒我们在开发和设计系统的时候注意下一下三点:
1.自己写公用类的时候,要对多线程调用情况下的后果在注释里进行明确说明
2.对线程环境下,对每一个共享的可变变量都要注意其线程安全性
3.我们的类和方法在做设计的时候,要尽量设计成无状态的
三.解决办法
1.需要的时候创建新实例:
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package com.peidasoft.dateformat; import java.text.ParseException; import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.Date; public class DateUtil { 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); } }
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说明:在需要用到SimpleDateFormat?的地方新建一个实例,不管什么时候,将有线程安全问题的对象由共享变为局部私有都能避免多线程问题,不过也加重了创建对象的负担。在一般情况下,这样其实对性能影响比不是很明显的。
2.使用同步:同步SimpleDateFormat对象
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package com.peidasoft.dateformat; import java.text.ParseException; import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.Date; public class DateSyncUtil { private static 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); } } }
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说明:当线程较多时,当一个线程调用该方法时,其他想要调用此方法的线程就要block,多线程并发量大的时候会对性能有一定的影响。
3.使用ThreadLocal:
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package com.peidasoft.dateformat; import java.text.DateFormat; import java.text.ParseException; import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.Date; public class ConcurrentDateUtil { 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); } }
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另外一种写法:
package com.peidasoft.dateformat; import java.text.DateFormat; import java.text.ParseException; import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.Date; public class ThreadLocalDateUtil { private static final String date_format = "yyyy-MM-dd HH:mm:ss"; private static ThreadLocal<DateFormat> threadLocal = new ThreadLocal<DateFormat>(); public static DateFormat getDateFormat() { DateFormat df = threadLocal.get(); if(df==null){ df = new SimpleDateFormat(date_format); threadLocal.set(df); } return df; } public static String formatDate(Date date) throws ParseException { return getDateFormat().format(date); } public static Date parse(String strDate) throws ParseException { return getDateFormat().parse(strDate); } }