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。

1. package io.binghe.concurrent.lab06;
2. import java.text.ParseException;
3. import java.text.SimpleDateFormat;
4. import java.util.concurrent.CountDownLatch;
5. import java.util.concurrent.ExecutorService;
6. import java.util.concurrent.Executors;
7. import java.util.concurrent.Semaphore;
8. /**
9. * @author binghe
10. * @version 1.0.0
11. * @description 局部变量法解决SimpleDateFormat类的线程安全问题
12. */
13. public class SimpleDateFormatTest02 {
14. //执行总次数
15. private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
16. //同时运行的线程数量
17. private static final int THREAD_COUNT = 20;
18. public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
19. final Semaphore semaphore = new Semaphore(THREAD_COUNT);
20. final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(EXECUTE_COUNT);
21. ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
22. for (int i = 0; i < EXECUTE_COUNT; i++){
23. executorService.execute(() -> {
24. try {
25. semaphore.acquire();
26. try {
27. SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
28. simpleDateFormat.parse("2020-01-01");
29. } catch (ParseException e) {
30. System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失败");
31. e.printStackTrace();
32. System.exit(1);
33. }catch (NumberFormatException e){
34. System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失败");
35. e.printStackTrace();
36. System.exit(1);
37. }
38. semaphore.release();
39. } catch (InterruptedException e) {
40. System.out.println("信号量发生错误");
41. e.printStackTrace();
42. System.exit(1);
43. }
44. countDownLatch.countDown();
45. });
46. }
47. countDownLatch.await();
48. executorService.shutdown();
49. System.out.println("所有线程格式化日期成功");
50. }
51. }

复制代码

此时运行修改后的程序，输出结果如下所示。

1. 所有线程格式化日期成功

复制代码

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。

1. package io.binghe.concurrent.lab06;
2. import java.text.ParseException;
3. import java.text.SimpleDateFormat;
4. import java.util.concurrent.CountDownLatch;
5. import java.util.concurrent.ExecutorService;
6. import java.util.concurrent.Executors;
7. import java.util.concurrent.Semaphore;
8. /**
9. * @author binghe
10. * @version 1.0.0
11. * @description 通过Synchronized锁解决SimpleDateFormat类的线程安全问题
12. */
13. public class SimpleDateFormatTest03 {
14. //执行总次数
15. private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
16. //同时运行的线程数量
17. private static final int THREAD_COUNT = 20;
18. //SimpleDateFormat对象
19. private static SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
20. public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
21. final Semaphore semaphore = new Semaphore(THREAD_COUNT);
22. final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(EXECUTE_COUNT);
23. ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
24. for (int i = 0; i < EXECUTE_COUNT; i++){
25. executorService.execute(() -> {
26. try {
27. semaphore.acquire();
28. try {
29. synchronized (simpleDateFormat){
30. simpleDateFormat.parse("2020-01-01");
31. }
32. } catch (ParseException e) {
33. System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失败");
34. e.printStackTrace();
35. System.exit(1);
36. }catch (NumberFormatException e){
37. System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失败");
38. e.printStackTrace();
39. System.exit(1);
40. }
41. semaphore.release();
42. } catch (InterruptedException e) {
43. System.out.println("信号量发生错误");
44. e.printStackTrace();
45. System.exit(1);
46. }
47. countDownLatch.countDown();
48. });
49. }
50. countDownLatch.await();
51. executorService.shutdown();
52. System.out.println("所有线程格式化日期成功");
53. }
54. }

复制代码

此时，解决问题的关键代码如下所示。

1. synchronized (simpleDateFormat){
2. simpleDateFormat.parse("2020-01-01");
3. }

复制代码

运行程序，输出结果如下所示。

1. 所有线程格式化日期成功

复制代码

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。

1. package io.binghe.concurrent.lab06;
2. import java.text.ParseException;
3. import java.text.SimpleDateFormat;
4. import java.util.concurrent.CountDownLatch;
5. import java.util.concurrent.ExecutorService;
6. import java.util.concurrent.Executors;
7. import java.util.concurrent.Semaphore;
8. import java.util.concurrent.locks.Lock;
9. import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
10. /**
11. * @author binghe
12. * @version 1.0.0
13. * @description 通过Lock锁解决SimpleDateFormat类的线程安全问题
14. */
15. public class SimpleDateFormatTest04 {
16. //执行总次数
17. private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
18. //同时运行的线程数量
19. private static final int THREAD_COUNT = 20;
20. //SimpleDateFormat对象
21. private static SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
22. //Lock对象
23. private static Lock lock = new ReentrantLock();
24. public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
25. final Semaphore semaphore = new Semaphore(THREAD_COUNT);
26. final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(EXECUTE_COUNT);
27. ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
28. for (int i = 0; i < EXECUTE_COUNT; i++){
29. executorService.execute(() -> {
30. try {
31. semaphore.acquire();
32. try {
33. lock.lock();
34. simpleDateFormat.parse("2020-01-01");
35. } catch (ParseException e) {
36. System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失败");
37. e.printStackTrace();
38. System.exit(1);
39. }catch (NumberFormatException e){
40. System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失败");
41. e.printStackTrace();
42. System.exit(1);
43. }finally {
44. lock.unlock();
45. }
46. semaphore.release();
47. } catch (InterruptedException e) {
48. System.out.println("信号量发生错误");
49. e.printStackTrace();
50. System.exit(1);
51. }
52. countDownLatch.countDown();
53. });
54. }
55. countDownLatch.await();
56. executorService.shutdown();
57. System.out.println("所有线程格式化日期成功");
58. }
59. }

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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。

1. finally {
2. lock.unlock();
3. }

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运行程序，输出结果如下所示。

1. 所有线程格式化日期成功

复制代码

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。

1. package io.binghe.concurrent.lab06;
2. import java.text.DateFormat;
3. import java.text.ParseException;
4. import java.text.SimpleDateFormat;
5. import java.util.concurrent.CountDownLatch;
6. import java.util.concurrent.ExecutorService;
7. import java.util.concurrent.Executors;
8. import java.util.concurrent.Semaphore;
9. /**
10. * @author binghe
11. * @version 1.0.0
12. * @description 通过ThreadLocal解决SimpleDateFormat类的线程安全问题
13. */
14. public class SimpleDateFormatTest05 {
15. //执行总次数
16. private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
17. //同时运行的线程数量
18. private static final int THREAD_COUNT = 20;
19. private static ThreadLocal<DateFormat> threadLocal = new ThreadLocal<DateFormat>(){
20. @Override
21. protected DateFormat initialValue() {
22. return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
23. }
24. };
25. public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
26. final Semaphore semaphore = new Semaphore(THREAD_COUNT);
27. final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(EXECUTE_COUNT);
28. ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
29. for (int i = 0; i < EXECUTE_COUNT; i++){
30. executorService.execute(() -> {
31. try {
32. semaphore.acquire();
33. try {
34. threadLocal.get().parse("2020-01-01");
35. } catch (ParseException e) {
36. System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失败");
37. e.printStackTrace();
38. System.exit(1);
39. }catch (NumberFormatException e){
40. System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失败");
41. e.printStackTrace();
42. System.exit(1);
43. }
44. semaphore.release();
45. } catch (InterruptedException e) {
46. System.out.println("信号量发生错误");
47. e.printStackTrace();
48. System.exit(1);
49. }
50. countDownLatch.countDown();
51. });
52. }
53. countDownLatch.await();
54. executorService.shutdown();
55. System.out.println("所有线程格式化日期成功");
56. }
57. }

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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。

1. 所有线程格式化日期成功

复制代码

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。

1. package io.binghe.concurrent.lab06;
2. import java.text.DateFormat;
3. import java.text.ParseException;
4. import java.text.SimpleDateFormat;
5. import java.util.concurrent.CountDownLatch;
6. import java.util.concurrent.ExecutorService;
7. import java.util.concurrent.Executors;
8. import java.util.concurrent.Semaphore;
9. /**
10. * @author binghe
11. * @version 1.0.0
12. * @description 通过ThreadLocal解决SimpleDateFormat类的线程安全问题
13. */
14. public class SimpleDateFormatTest06 {
15. //执行总次数
16. private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
17. //同时运行的线程数量
18. private static final int THREAD_COUNT = 20;
19. private static ThreadLocal<DateFormat> threadLocal = new ThreadLocal<DateFormat>();
20. private static DateFormat getDateFormat(){
21. DateFormat dateFormat = threadLocal.get();
22. if(dateFormat == null){
23. dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
24. threadLocal.set(dateFormat);
25. }
26. return dateFormat;
27. }
28. public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
29. final Semaphore semaphore = new Semaphore(THREAD_COUNT);
30. final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(EXECUTE_COUNT);
31. ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
32. for (int i = 0; i < EXECUTE_COUNT; i++){
33. executorService.execute(() -> {
34. try {
35. semaphore.acquire();
36. try {
37. getDateFormat().parse("2020-01-01");
38. } catch (ParseException e) {
39. System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失败");
40. e.printStackTrace();
41. System.exit(1);
42. }catch (NumberFormatException e){
43. System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失败");
44. e.printStackTrace();
45. System.exit(1);
46. }
47. semaphore.release();
48. } catch (InterruptedException e) {
49. System.out.println("信号量发生错误");
50. e.printStackTrace();
51. System.exit(1);
52. }
53. countDownLatch.countDown();
54. });
55. }
56. countDownLatch.await();
57. executorService.shutdown();
58. System.out.println("所有线程格式化日期成功");
59. }
60. }

复制代码

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。

1. package io.binghe.concurrent.lab06;
2. import java.time.LocalDate;
3. import java.time.format.DateTimeFormatter;
4. import java.util.concurrent.CountDownLatch;
5. import java.util.concurrent.ExecutorService;
6. import java.util.concurrent.Executors;
7. import java.util.concurrent.Semaphore;
8. /**
9. * @author binghe
10. * @version 1.0.0
11. * @description 通过DateTimeFormatter类解决线程安全问题
12. */
13. public class SimpleDateFormatTest07 {
14. //执行总次数
15. private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
16. //同时运行的线程数量
17. private static final int THREAD_COUNT = 20;
18. private static DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd");
19. public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
20. final Semaphore semaphore = new Semaphore(THREAD_COUNT);
21. final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(EXECUTE_COUNT);
22. ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
23. for (int i = 0; i < EXECUTE_COUNT; i++){
24. executorService.execute(() -> {
25. try {
26. semaphore.acquire();
27. try {
28. LocalDate.parse("2020-01-01", formatter);
29. }catch (Exception e){
30. System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失败");
31. e.printStackTrace();
32. System.exit(1);
33. }
34. semaphore.release();
35. } catch (InterruptedException e) {
36. System.out.println("信号量发生错误");
37. e.printStackTrace();
38. System.exit(1);
39. }
40. countDownLatch.countDown();
41. });
42. }
43. countDownLatch.await();
44. executorService.shutdown();
45. System.out.println("所有线程格式化日期成功");
46. }
47. }

复制代码

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。

1. 所有线程格式化日期成功

复制代码

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。

1. <dependency>
2. <groupId>joda-time</groupId>
3. <artifactId>joda-time</artifactId>
4. <version>2.9.9</version>
5. </dependency>

复制代码

引入joda-time库后，实现的程序代码如下所示。

1. package io.binghe.concurrent.lab06;
2. import org.joda.time.DateTime;
3. import org.joda.time.format.DateTimeFormat;
4. import org.joda.time.format.DateTimeFormatter;
5. import java.util.concurrent.CountDownLatch;
6. import java.util.concurrent.ExecutorService;
7. import java.util.concurrent.Executors;
8. import java.util.concurrent.Semaphore;
9. /**
10. * @author binghe
11. * @version 1.0.0
12. * @description 通过DateTimeFormatter类解决线程安全问题
13. */
14. public class SimpleDateFormatTest08 {
15. //执行总次数
16. private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
17. //同时运行的线程数量
18. private static final int THREAD_COUNT = 20;
19. private static DateTimeFormatter dateTimeFormatter = DateTimeFormat.forPattern("yyyy-MM-dd");
20. public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
21. final Semaphore semaphore = new Semaphore(THREAD_COUNT);
22. final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(EXECUTE_COUNT);
23. ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
24. for (int i = 0; i < EXECUTE_COUNT; i++){
25. executorService.execute(() -> {
26. try {
27. semaphore.acquire();
28. try {
29. DateTime.parse("2020-01-01", dateTimeFormatter).toDate();
30. }catch (Exception e){
31. System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失败");
32. e.printStackTrace();
33. System.exit(1);
34. }
35. semaphore.release();
36. } catch (InterruptedException e) {
37. System.out.println("信号量发生错误");
38. e.printStackTrace();
39. System.exit(1);
40. }
41. countDownLatch.countDown();
42. });
43. }
44. countDownLatch.await();
45. executorService.shutdown();
46. System.out.println("所有线程格式化日期成功");
47. }
48. }

复制代码

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。

1. import org.joda.time.DateTime;
2. import org.joda.time.format.DateTimeFormat;
3. import org.joda.time.format.DateTimeFormatter;

复制代码

运行程序，输出结果如下所示。

1. 所有线程格式化日期成功

复制代码

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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