高并发场景下，6种解决SimpleDateFormat类的线程安全问题方法

2023-06-30 14:22 由华为云开发者联盟发表于 #后端开发

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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