SimpleDateFormat 的性能和线程安全性

系统正常运行一段时间后，QA报给我一个异常：

java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded

at java.text.DecimalFormatSymbols.clone(Unknown Source)

at java.text.DecimalFormat.clone(Unknown Source)

at java.text.SimpleDateFormat.initialize(Unknown Source)

at java.text.SimpleDateFormat.<init>(Unknown Source)

at java.text.SimpleDateFormat.<init>(Unknown Source)

at com.thomsonreuters.ce.exportjobcontroller.task.file.iiroutage.entity.AnalyticTask.<init>(AnalyticTask.java:18)

参考文档，此类异常是由于：

"if too much time is being spent in garbage collection: if more than 98% of the total time is spent in garbage collection and less than 2% of the heap is recovered, an OutOfMemoryError will be thrown."

异常是在测试人员做压力测试的时候抛出，直接原因是大量业务实体对象AnalyticTask的创建（>1w）导致了GC overhead limit exceeded。经分析，初步判定是业务实体类中定义的SimpleDateFormat成员导致。

首先，了解一下这个类的两个特性：

1. SimpleDateFormat 不是线程安全的；

2. 创建它的实例将会耗费很大的代价。

以上两点都是由它的一个成员属性造成的。它继承了DateFormat，在DateFormat中定义了一个protected属性的Calendar类的对象：calendar。而Calendar 是一个非常复杂的类，因为涉及到时区、本地化以及闰年等等因素。在本例中，由于在业务实体类中定义了SimpleDateFormat类型的属性，每一个业务对象的创建，都会创建一个SimpleDateFormat实例对象，大量的实例对象占用了大量的jvm空间。由于它的复杂性，GC的工作量比较大，效率很低，从而导致问题的发生。

进一步分析线程安全的问题：

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

format方法实现：

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

解决方案：参考 http://www.cnblogs.com/peida/archive/2013/05/31/3070790.html

本列采用ThreadLocal变量来解决问题。