高併發場景下，6種解決SimpleDateFormat類的線程安全問題方法

来源:https://www.cnblogs.com/huaweiyun/archive/2023/06/30/17516697.html
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摘要：解決SimpleDateFormat類在高併發場景下的線程安全問題可以有多種方式，這裡，就列舉幾個常用的方式供參考。 本文分享自華為雲社區《【高併發】更正SimpleDateFormat類線程不安全問題分析的錯誤》，作者： 冰 河 。 解決SimpleDateFormat類在高併發場景下的線程 ...


摘要：解決SimpleDateFormat類在高併發場景下的線程安全問題可以有多種方式，這裡，就列舉幾個常用的方式供參考。

本文分享自華為雲社區《【高併發】更正SimpleDateFormat類線程不安全問題分析的錯誤》，作者： 冰 河 。

解決SimpleDateFormat類在高併發場景下的線程安全問題可以有多種方式，這裡，就列舉幾個常用的方式供參考，大家也可以在評論區給出更多的解決方案。

1.局部變數法

最簡單的一種方式就是將SimpleDateFormat類對象定義成局部變數，如下所示的代碼，將SimpleDateFormat類對象定義在parse(String)方法的上面，即可解決問題。

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 局部變數法解決SimpleDateFormat類的線程安全問題
 */
public class SimpleDateFormatTest02 {
 //執行總次數
 private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
 //同時運行的線程數量
 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("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
 e.printStackTrace();
 System.exit(1);
 }catch (NumberFormatException e){
 System.out.println("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
 e.printStackTrace();
 System.exit(1);
 }
 semaphore.release();
 } catch (InterruptedException e) {
 System.out.println("信號量發生錯誤");
 e.printStackTrace();
 System.exit(1);
 }
 countDownLatch.countDown();
 });
 }
 countDownLatch.await();
 executorService.shutdown();
 System.out.println("所有線程格式化日期成功");
 }
}

此時運行修改後的程式，輸出結果如下所示。

所有線程格式化日期成功

至於在高併發場景下使用局部變數為何能解決線程的安全問題，會在【JVM專題】的JVM記憶體模式相關內容中深入剖析，這裡不做過多的介紹了。

當然，這種方式在高併發下會創建大量的SimpleDateFormat類對象，影響程式的性能，所以，這種方式在實際生產環境不太被推薦。

2.synchronized鎖方式

將SimpleDateFormat類對象定義成全局靜態變數，此時所有線程共用SimpleDateFormat類對象，此時在調用格式化時間的方法時，對SimpleDateFormat對象進行同步即可，代碼如下所示。

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 通過Synchronized鎖解決SimpleDateFormat類的線程安全問題
 */
public class SimpleDateFormatTest03 {
 //執行總次數
 private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
 //同時運行的線程數量
 private static final int THREAD_COUNT = 20;
 //SimpleDateFormat對象
 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("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
 e.printStackTrace();
 System.exit(1);
 }catch (NumberFormatException e){
 System.out.println("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
 e.printStackTrace();
 System.exit(1);
 }
 semaphore.release();
 } catch (InterruptedException e) {
 System.out.println("信號量發生錯誤");
 e.printStackTrace();
 System.exit(1);
 }
 countDownLatch.countDown();
 });
 }
 countDownLatch.await();
 executorService.shutdown();
 System.out.println("所有線程格式化日期成功");
 }
}

此時，解決問題的關鍵代碼如下所示。

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

運行程式，輸出結果如下所示。

所有線程格式化日期成功

需要註意的是，雖然這種方式能夠解決SimpleDateFormat類的線程安全問題，但是由於在程式的執行過程中，為SimpleDateFormat類對象加上了synchronized鎖，導致同一時刻只能有一個線程執行parse(String)方法。此時，會影響程式的執行性能，在要求高併發的生產環境下，此種方式也是不太推薦使用的。

3.Lock鎖方式

Lock鎖方式與synchronized鎖方式實現原理相同，都是在高併發下通過JVM的鎖機制來保證程式的線程安全。通過Lock鎖方式解決問題的代碼如下所示。

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 通過Lock鎖解決SimpleDateFormat類的線程安全問題
 */
public class SimpleDateFormatTest04 {
 //執行總次數
 private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
 //同時運行的線程數量
 private static final int THREAD_COUNT = 20;
 //SimpleDateFormat對象
 private static SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
 //Lock對象
 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("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
 e.printStackTrace();
 System.exit(1);
 }catch (NumberFormatException e){
 System.out.println("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
 e.printStackTrace();
 System.exit(1);
 }finally {
 lock.unlock();
 }
 semaphore.release();
 } catch (InterruptedException e) {
 System.out.println("信號量發生錯誤");
 e.printStackTrace();
 System.exit(1);
 }
 countDownLatch.countDown();
 });
 }
 countDownLatch.await();
 executorService.shutdown();
 System.out.println("所有線程格式化日期成功");
 }
}

通過代碼可以得知，首先，定義了一個Lock類型的全局靜態變數作為加鎖和釋放鎖的句柄。然後在simpleDateFormat.parse(String)代碼之前通過lock.lock()加鎖。這裡需要註意的一點是：為防止程式拋出異常而導致鎖不能被釋放，一定要將釋放鎖的操作放到finally代碼塊中，如下所示。

finally {
lock.unlock();
}

運行程式，輸出結果如下所示。

所有線程格式化日期成功

此種方式同樣會影響高併發場景下的性能，不太建議在高併發的生產環境使用。

4.ThreadLocal方式

使用ThreadLocal存儲每個線程擁有的SimpleDateFormat對象的副本，能夠有效的避免多線程造成的線程安全問題，使用ThreadLocal解決線程安全問題的代碼如下所示。

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 通過ThreadLocal解決SimpleDateFormat類的線程安全問題
 */
public class SimpleDateFormatTest05 {
 //執行總次數
 private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
 //同時運行的線程數量
 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("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
 e.printStackTrace();
 System.exit(1);
 }catch (NumberFormatException e){
 System.out.println("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
 e.printStackTrace();
 System.exit(1);
 }
 semaphore.release();
 } catch (InterruptedException e) {
 System.out.println("信號量發生錯誤");
 e.printStackTrace();
 System.exit(1);
 }
 countDownLatch.countDown();
 });
 }
 countDownLatch.await();
 executorService.shutdown();
 System.out.println("所有線程格式化日期成功");
 }
}

通過代碼可以得知，將每個線程使用的SimpleDateFormat副本保存在ThreadLocal中，各個線程在使用時互不幹擾，從而解決了線程安全問題。

運行程式，輸出結果如下所示。

所有線程格式化日期成功

此種方式運行效率比較高，推薦在高併發業務場景的生產環境使用。

另外，使用ThreadLocal也可以寫成如下形式的代碼，效果是一樣的。

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 通過ThreadLocal解決SimpleDateFormat類的線程安全問題
 */
public class SimpleDateFormatTest06 {
 //執行總次數
 private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
 //同時運行的線程數量
 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("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
 e.printStackTrace();
 System.exit(1);
 }catch (NumberFormatException e){
 System.out.println("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
 e.printStackTrace();
 System.exit(1);
 }
 semaphore.release();
 } catch (InterruptedException e) {
 System.out.println("信號量發生錯誤");
 e.printStackTrace();
 System.exit(1);
 }
 countDownLatch.countDown();
 });
 }
 countDownLatch.await();
 executorService.shutdown();
 System.out.println("所有線程格式化日期成功");
 }
}

5.DateTimeFormatter方式

DateTimeFormatter是Java8提供的新的日期時間API中的類，DateTimeFormatter類是線程安全的，可以在高併發場景下直接使用DateTimeFormatter類來處理日期的格式化操作。代碼如下所示。

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 通過DateTimeFormatter類解決線程安全問題
 */
public class SimpleDateFormatTest07 {
 //執行總次數
 private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
 //同時運行的線程數量
 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("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
 e.printStackTrace();
 System.exit(1);
 }
 semaphore.release();
 } catch (InterruptedException e) {
 System.out.println("信號量發生錯誤");
 e.printStackTrace();
 System.exit(1);
 }
 countDownLatch.countDown();
 });
 }
 countDownLatch.await();
 executorService.shutdown();
 System.out.println("所有線程格式化日期成功");
 }
}

可以看到，DateTimeFormatter類是線程安全的，可以在高併發場景下直接使用DateTimeFormatter類來處理日期的格式化操作。

運行程式，輸出結果如下所示。

所有線程格式化日期成功

使用DateTimeFormatter類來處理日期的格式化操作運行效率比較高，推薦在高併發業務場景的生產環境使用。

6.joda-time方式

joda-time是第三方處理日期時間格式化的類庫，是線程安全的。如果使用joda-time來處理日期和時間的格式化，則需要引入第三方類庫。這裡，以Maven為例，如下所示引入joda-time庫。

<dependency>
<groupId>joda-time</groupId>
<artifactId>joda-time</artifactId>
<version>2.9.9</version>
</dependency>

引入joda-time庫後，實現的程式代碼如下所示。

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 通過DateTimeFormatter類解決線程安全問題
 */
public class SimpleDateFormatTest08 {
 //執行總次數
 private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
 //同時運行的線程數量
 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("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
 e.printStackTrace();
 System.exit(1);
 }
 semaphore.release();
 } catch (InterruptedException e) {
 System.out.println("信號量發生錯誤");
 e.printStackTrace();
 System.exit(1);
 }
 countDownLatch.countDown();
 });
 }
 countDownLatch.await();
 executorService.shutdown();
 System.out.println("所有線程格式化日期成功");
 }
}

這裡，需要註意的是：DateTime類是org.joda.time包下的類，DateTimeFormat類和DateTimeFormatter類都是org.joda.time.format包下的類，如下所示。

import org.joda.time.DateTime;
import org.joda.time.format.DateTimeFormat;
import org.joda.time.format.DateTimeFormatter;

運行程式，輸出結果如下所示。

所有線程格式化日期成功

使用joda-time庫來處理日期的格式化操作運行效率比較高，推薦在高併發業務場景的生產環境使用。

解決SimpleDateFormat類的線程安全問題的方案總結

綜上所示：在解決解決SimpleDateFormat類的線程安全問題的幾種方案中，局部變數法由於線程每次執行格式化時間時，都會創建SimpleDateFormat類的對象，這會導致創建大量的SimpleDateFormat對象，浪費運行空間和消耗伺服器的性能，因為JVM創建和銷毀對象是要耗費性能的。所以，不推薦在高併發要求的生產環境使用。

synchronized鎖方式和Lock鎖方式在處理問題的本質上是一致的，通過加鎖的方式，使同一時刻只能有一個線程執行格式化日期和時間的操作。這種方式雖然減少了SimpleDateFormat對象的創建，但是由於同步鎖的存在，導致性能下降，所以，不推薦在高併發要求的生產環境使用。

ThreadLocal通過保存各個線程的SimpleDateFormat類對象的副本，使每個線程在運行時，各自使用自身綁定的SimpleDateFormat對象，互不幹擾，執行性能比較高，推薦在高併發的生產環境使用。

DateTimeFormatter是Java 8中提供的處理日期和時間的類，DateTimeFormatter類本身就是線程安全的，經壓測，DateTimeFormatter類處理日期和時間的性能效果還不錯（後文單獨寫一篇關於高併發下性能壓測的文章）。所以，推薦在高併發場景下的生產環境使用。

joda-time是第三方處理日期和時間的類庫，線程安全，性能經過高併發的考驗，推薦在高併發場景下的生產環境使用。

 

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