SimpleDateFormat线程不安全及解决办法(转)

以前没有注意到SimpleDateFormat线程不安全的问题，写时间工具类，一般写成静态的成员变量，不知，此种写法的危险性！在此讨论一下SimpleDateFormat线程不安全问题，以及解决方法。

为什么SimpleDateFormat不安全？
直接上一个例子，日期格式化成字符串：

package com.anjz.test.simpleDateFormat;

import java.text.DateFormat;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * 测试
 * @author ding.shuai
 * @date 2017年6月10日下午12:14:19
 */
public class SimpleDateFormateTest2 {

    public static void main(String[] args) {
        final DateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyyMMdd,HHmmss");
        ExecutorService ts = Executors.newFixedThreadPool(100);
        for (;;) {
            ts.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                      //生成随机数，格式化日期
                      String format =  df.format(new Date(Math.abs(new Random().nextLong())));
                      System.out.println(format);
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                        System.exit(1);
                    }
                }
            });
        }
    }
}

运行一段时间，出现下图的错误：

再看一个例子，字符串解析成日期：

package com.anjz.test.simpleDateFormat;

import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
 * 测试
 * @author ding.shuai
 * @date 2017年6月10日下午12:38:02
 */
public class SimpleDateFormateTest extends Thread{

    private static SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");

    private String name;
    private String dateStr;

    public SimpleDateFormateTest(String name,String dateStr) {
        this.name = name;
        this.dateStr = dateStr;
    }

    @Override
    public void run() {

        try {
            Date date = sdf.parse(dateStr);
            System.out.println(name+": date:"+date);
        } catch (ParseException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);

        executorService.execute(new SimpleDateFormateTest("A", "2017-06-10"));
        executorService.execute(new SimpleDateFormateTest("B", "2016-06-06"));
        executorService.shutdown();
    }
}

运行上述例子，可能每次结果都不一样，有时还会报各种错误，如下图，就是笔者运行报的几种错误（想出现下面几种错误，建议要多次运行）

现在我们就分析一下，为什么出现上述原因：

通过查看源码发现，原来SimpleDateFormat类内部有一个Calendar对象引用,它用来储存和这个SimpleDateFormat相关的日期信息,例如sdf.parse(dateStr),sdf.format(date) 诸如此类的方法参数传入的日期相关String,Date等等, 都是交由Calendar引用来储存的.这样就会导致一个问题,如果你的SimpleDateFormat是个static的, 那么多个thread 之间就会共享这个SimpleDateFormat, 同时也是共享这个Calendar引用。单例、多线程、又有成员变量（这个变量在方法中是可以修改的），这个场景是不是很像servlet，在高并发的情况下，容易出现幻读成员变量的现象，故说SimpleDateFormat是线程不安全的对象。

ps：servlet因是线程不安全的，所以我们使用servlet的原则是不设置成员变量。

SimpleDateFormat的parse方法：

Calendar是用来承载字符串转化成日期对象的容器，calendar对象有个clear后set值的过程，高并发下，set值的过程，会出现把上次set值给覆盖的情况。

SimpleDateFormat的format方法：

我们传入的日期对象，会直接用Calendar承载，高并发下，Calendar承载的对象也会被覆盖。

解决方法
1、将SimpleDateFormat定义成局部变量。

缺点：每调用一次方法就会创建一个SimpleDateFormat对象，方法结束又要作为垃圾回收。

2、方法加同步锁synchronized，在同一时刻，只有一个线程可以执行类中的某个方法。

缺点：性能较差，每次都要等待锁释放后其他线程才能进入。

3、使用第三方库joda-time，由第三方考虑线程不安全的问题。（可以使用）

4、使用ThreadLocal：每个线程拥有自己的SimpleDateFormat对象。（推荐使用）

写一个工具类：

package com.anjz.test.simpleDateFormat;

import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * 时间工具类
 * @author ding.shuai
 * @date 2017年6月10日上午11:31:59
 */
public class DateUtil {

    /**
     * 锁对象
     */
    private static final Object lockObj = new Object(); 

    /**
     * 存放不同的日期模板格式的sdf的Map
     */
    private static Map<String, ThreadLocal<SimpleDateFormat>> sdfMap = new HashMap<String, ThreadLocal<SimpleDateFormat>>();

    /**
     * 返回一个ThreadLocal的sdf,每个线程只会new一次sdf
     *
     * @param pattern
     * @return
     */
    private static SimpleDateFormat getSdf(final String pattern) {
        ThreadLocal<SimpleDateFormat> tl = sdfMap.get(pattern);

        // 此处的双重判断和同步是为了防止sdfMap这个单例被多次put重复的sdf
        if (tl == null) {
            synchronized (lockObj) {
                tl = sdfMap.get(pattern);
                if (tl == null) {
                    // 只有Map中还没有这个pattern的sdf才会生成新的sdf并放入map
                    System.out.println("put new sdf of pattern " + pattern + " to map");

                    // 这里是关键,使用ThreadLocal<SimpleDateFormat>替代原来直接new SimpleDateFormat
                    tl = new ThreadLocal<SimpleDateFormat>() {

                        @Override
                        protected SimpleDateFormat initialValue() {
                            System.out.println("thread: " + Thread.currentThread() + " init pattern: " + pattern);
                            return new SimpleDateFormat(pattern);
                        }
                    };
                    sdfMap.put(pattern, tl);
                }
            }
        }

        return tl.get();
    }

    /**
     * 使用ThreadLocal<SimpleDateFormat>来获取SimpleDateFormat,这样每个线程只会有一个SimpleDateFormat
     * 如果新的线程中没有SimpleDateFormat，才会new一个
     * @param date
     * @param pattern
     * @return
     */
    public static String format(Date date, String pattern) {
        return getSdf(pattern).format(date);
    }

    public static Date parse(String dateStr, String pattern) throws ParseException {
        return getSdf(pattern).parse(dateStr);
    }
}

测试代码：

package com.anjz.test.simpleDateFormat;

import java.text.ParseException;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * 时间工具类测试
 * @author ding.shuai
 * @date 2017年6月10日上午11:44:01
 */
public class DateUtilTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        Thread t1 = new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                DateUtil.format(new Date(), "yyyy-MM-dd");
            };
        };

        Thread t2 = new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                DateUtil.format(new Date(), "yyyy-MM-dd");
            };
        };

        Thread t3 = new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                DateUtil.format(new Date(), "yyyy-MM-dd");
            };
        };

        Thread t4 = new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                try{
                    DateUtil.parse("2017-06-10 12:00:01", "yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
                }catch(ParseException e){
                    e.printStackTrace();
                }

            };
        };

        Thread t5 = new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                try{
                    DateUtil.parse("2017-06-10 12:00:01", "yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
                }catch(ParseException e){
                    e.printStackTrace();
                }

            };
        };

        System.out.println("单线程执行：");
         ExecutorService exec1 = Executors.newFixedThreadPool(1);
         exec1.execute(t1);
         exec1.execute(t2);
         exec1.execute(t3);
         exec1.execute(t4);
         exec1.execute(t5);
         exec1.shutdown();

         Thread.sleep(1000);

         System.out.println("双线程执行：");
         ExecutorService exec2 = Executors.newFixedThreadPool(2);
         exec2.execute(t1);
         exec2.execute(t2);
         exec2.execute(t3);
         exec2.execute(t4);
         exec2.execute(t5);
         exec2.shutdown();
    }
}

执行结果：

单线程执行：
put new sdf of pattern yyyy-MM-dd to map
thread: Thread[pool-1-thread-1,5,main] init pattern: yyyy-MM-dd
put new sdf of pattern yyyy-MM-dd HH:mm:ss to map
thread: Thread[pool-1-thread-1,5,main] init pattern: yyyy-MM-dd HH:mm:ss
双线程执行：
thread: Thread[pool-2-thread-1,5,main] init pattern: yyyy-MM-dd
thread: Thread[pool-2-thread-2,5,main] init pattern: yyyy-MM-dd
thread: Thread[pool-2-thread-1,5,main] init pattern: yyyy-MM-dd HH:mm:ss
thread: Thread[pool-2-thread-2,5,main] init pattern: yyyy-MM-dd HH:mm:ss
从结果我们可以看出：

1）1个线程执行5个任务，new了两个SimpleDateFormat对象

2）2个线程执行5个任务，new了四个SimpleDateFormat对象，每个线程拥有两个格式为“yyyy-MM-dd”、“yyyy-MM-dd HH:mm:ss”的对象，线程之间没有共享SimpleDateFormat对象，对于每个线程，都是线性执行，也不会出现共享Calendar的现象。故完美解决SimpleDateFormat线程不安全的问题。

如果使用第一种方式，5个任务的执行，肯定需要new出5个SimpleDateFormat，对于单个线程没有复用的概念。但使用ThreadLocal，对于单个线程，相同格式是可以复用SimpleDateFormat对象，所以最后一种方式，既可以保证线程安全，又可以不耗费系统太多资源，其实这种思想和web中request，response对象是一样的，都是通过线程隔离，每个线程维护一份自己的对象来保证线程安全。

最后附上阿里开发手册中一段关于SimpleDateFormat的规范：

【强制】SimpleDateFormat是线程不安全的类，一般不要定义为static变量，如果定义为static，必须加锁，或者使用DateUtils工具类。

正例：注意线程安全，使用DateUtils。亦推荐如下处理：

private static final ThreadLocal<DateFormat> df = newThreadLocal<DateFormat>() {
       @Override
       protected DateFormatinitialValue() {
        return newSimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
      }
 };  

说明：如果是JDK8的应用，可以使用Instant代替Date，LocalDateTime代替Calendar，DateTimeFormatter代替Simpledateformatter，官方给出的解释：simple beautiful strong immutable thread-safe。
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