一、前言
日期的转换与格式化在项目中应该是比较常用的了，最近同事小刚出去面试实在是没想到被 SimpleDateFormat 给摆了一道...
面试官：项目中的日期转换怎么用的？SimpleDateFormat 用过吗？能说一下 SimpleDateFormat 线程安全问题吗，以及如何解决？
同事小刚：用过的，平时就是在全局定义一个 static 的 SimpleDateFormat，然后在业务处理方法（controller）中直接使用，至于线程安全... 这个... 倒是没遇到过线程安全问题。
哎，面试官的考察点真的是难以捉摸，吐槽归吐槽，一起来看看这个类吧。
二、概述
SimpleDateFormat 类主要负责日期的转换与格式化等操作，在多线程的环境中，使用此类容易造成数据转换及处理的不正确，因为 SimpleDateFormat 类并不是线程安全的，但在单线程环境下是没有问题的。
SimpleDateFormat 在类注释中也提醒大家不适用于多线程场景：
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.
日期格式不同步。
建议为每个线程创建单独的格式实例。
如果多个线程同时访问一种格式，则必须在外部同步该格式。
来看看阿里巴巴 java 开发规范是怎么描述 SimpleDateFormat 的：
三、模拟线程安全问题
无码无真相，接下来我们创建一个线程来模拟 SimpleDateFormat 线程安全问题：
创建 MyThread.java 类：
public class MyThread extends Thread{
private SimpleDateFormat simpleDateFormat;
/* 要转换的日期字符串 */
private String dateString;
public MyThread(SimpleDateFormat simpleDateFormat, String dateString){
this.simpleDateFormat = simpleDateFormat;
this.dateString = dateString;
}
@Override
public void run() {
try {
Date date = simpleDateFormat.parse(dateString);
String newDate = simpleDateFormat.format(date).toString();
if(!newDate.equals(dateString)){
System.out.println("ThreadName=" + this.getName()
+ " 报错了，日期字符串：" + dateString
+ " 转换成的日期为：" + newDate);
}
}catch (ParseException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
创建执行类 Test.java 类：
public class Test {
// 一般我们使用SimpleDateFormat的时候会把它定义为一个静态变量，避免频繁创建它的对象实例
private static SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("YYYY-MM-dd");
public static void main(String[] args) {
String[] dateStringArray = new String[] { "2020-09-10", "2020-09-11", "2020-09-12", "2020-09-13", "2020-09-14"};
MyThread[] myThreads = new MyThread[5];
// 创建线程
for (int i = 0; i < 5; i++) {
myThreads[i] = new MyThread(simpleDateFormat, dateStringArray[i]);
}
// 启动线程
for (int i = 0; i < 5; i++) {
myThreads[i].start();
}
}
}
执行截图如下：
从控制台打印的结果来看，使用单例的 SimpleDateFormat 类在多线程的环境中处理日期转换，极易出现转换异常（java.lang.NumberFormatException:multiple points）以及转换错误的情况。
四、线程不安全的原因
这个时候就需要看看源码了，format() 格式转换方法：
// 成员变量 Calendar
protected Calendar calendar;
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;
}
我们把重点放在 calendar ，这个 format 方法在执行过程中，会操作成员变量 calendar 来保存时间 calendar.setTime(date) 。
但由于在声明 SimpleDateFormat 的时候，使用的是 static 定义的，那么这个 SimpleDateFormat 就是一个共享变量，SimpleDateFormat 中的 calendar 也就可以被多个线程访问到，所以问题就出现了，举个例子：
假设线程 A 刚执行完 calendar.setTime(date) 语句，把时间设置为 2020-09-01，但线程还没执行完，线程 B 又执行了 calendar.setTime(date) 语句，把时间设置为 2020-09-02，这个时候就出现幻读了，线程 A 继续执行下去的时候，拿到的 calendar.getTime 得到的时间就是线程B改过之后的。
除了 format() 方法以外，SimpleDateFormat 的 parse 方法也有同样的问题。
至此，我们发现了 SimpleDateFormat 的弊端，所以为了解决这个问题就是不要把 SimpleDateFormat 当做一个共享变量来使用。
五、如何解决线程安全
1、每次使用就创建一个新的 SimpleDateFormat
创建全局工具类 DateUtils.java
public class DateUtils {
public static Date parse(String formatPattern, String dateString) throws ParseException {
return new SimpleDateFormat(formatPattern).parse(dateString);
}
public static String format(String formatPattern, Date date){
return new SimpleDateFormat(formatPattern).format(date);
}
}
所有用到 SimpleDateFormat 的地方全部用 DateUtils 替换，然后看一下执行结果：
好家伙，异常+错误终于是没了，这种解决处理错误的原理就是创建了多个 SimpleDateFormat 类的实例，在需要用到的地方创建一个新的实例，就没有线程安全问题，不过也加重了创建对象的负担，会频繁地创建和销毁对象，效率较低。
2、synchronized 锁
synchronized 就不展开介绍了，不了解的小伙伴请移步 > synchronized的底层原理？
变更一下 DateUtils.java
public class DateUtils {
private static final SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
public static Date parse(String formatPattern, String dateString) throws ParseException {
synchronized (simpleDateFormat){
return simpleDateFormat.parse(dateString);
}
}
public static String format(String formatPattern, Date date) {
synchronized (simpleDateFormat){
return simpleDateFormat.format(date);
}
}
}
简单粗暴，synchronized 往上一套也可以解决线程安全问题，缺点自然就是并发量大的时候会对性能有影响，因为使用了 synchronized 加锁后的多线程就相当于串行，线程阻塞，执行效率低。
3、ThreadLocal（最佳MVP）
ThreadLocal 是 java 里一种特殊的变量，ThreadLocal 提供了线程本地的实例，它与普通变量的区别在于，每个使用该线程变量的线程都会初始化一个完全独立的实例副本。
继续改造 DateUtils.java
public class DateUtils {
private static ThreadLocal<DateFormat> threadLocal = new ThreadLocal<DateFormat>(){
@Override
protected DateFormat initialValue() {
return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
}
};
public static Date parse(String formatPattern, String dateString) throws ParseException {
return threadLocal.get().parse(dateString);
}
public static String format(String formatPattern, Date date) {
return threadLocal.get().format(date);
}
}
ThreadLocal 可以确保每个线程都可以得到单独的一个 SimpleDateFormat 的对象，那么就不会存在竞争问题。
如果项目中还在使用 SimpleDateFormat 的话，推荐这种写法，但这样就结束了吗？
显然不是...
六、项目中推荐的写法
上边提到的阿里巴巴 java 开发手册给出了说明：如果是 JDK8 的应用，可以使用 Instant 代替 Date，LocalDateTime 代替 Calendar，DateTimeFormatter 代替 SimpleDateFormat，官方给出的解释：simple beautiful strong immutable thread-safe。
日期转换，SimpleDateFormat 固然好用，但是现在我们已经有了更好地选择，Java 8 引入了新的日期时间 API，并引入了线程安全的日期类，一起来看看。
- Instant：瞬时实例。
- LocalDate：本地日期，不包含具体时间 例如：2014-01-14 可以用来记录生日、纪念日、加盟日等。
- LocalTime：本地时间，不包含日期。
- LocalDateTime：组合了日期和时间，但不包含时差和时区信息。
- ZonedDateTime：最完整的日期时间，包含时区和相对UTC或格林威治的时差。
新API还引入了 ZoneOffSet 和 ZoneId 类，使得解决时区问题更为简便。
解析、格式化时间的 DateTimeFormatter 类也进行了全部重新设计。
例如，我们使用 LocalDate 代替 Date，使用 DateTimeFormatter 代替 SimpleDateFormat，如下所示:
// 当前日期和时间
String DateNow = LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy/MM/dd HH:mm:ss"));
System.out.println(DateNow);
这样就避免了 SimpleDateFormat 的线程不安全问题啦。
此时的 DateUtils.java
public class DateUtils {
public static final DateTimeFormatter DATE_TIME_FORMATTER = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd");
public static LocalDate parse(String dateString){
return LocalDate.parse(dateString, DATE_TIME_FORMATTER);
}
public static String format(LocalDate target) {
return target.format(DATE_TIME_FORMATTER);
}
}
七、最后总结
SimpleDateFormart 线程不安全问题
SimpleDateFormart 继承自 DateFormart，在 DataFormat 类内部有一个 Calendar 对象引用，SimpleDateFormat 转换日期都是靠这个 Calendar 对象来操作的，比如 parse(String)，format(date) 等类似的方法，Calendar 在用的时候是直接使用的，而且是改变了 Calendar 的值，这样情况在多线程下就会出现线程安全问题，如果 SimpleDateFormart 是静态的话，那么多个 thread 之间就会共享这个 SimpleDateFormart，同时也会共享这个 Calendar 引用，那么就出现数据赋值覆盖情况，也就是线程安全问题。(现在项目中用到日期转换，都是使用的 java 8 中的 LocalDate，或者 LocalDateTime，本质是这些类是不可变类，不可变一定程度上保证了线程安全)。
解决方式
在多线程下可以使用 ThreadLocal 修饰 SimpleDateFormart，ThreadLocal 可以确保每个线程都可以得到单独的一个 SimpleDateFormat 的对象，那么就不会存在竞争问题。
项目中推荐的写法
java 8 中引入新的日期类 API，这些类是不可变的，且线程安全的。
以后面试官再问项目中怎么使用日期转换的，尽量就不要说 SimpleDateFormat 了。
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