SimpleDateFormat 的线程安全问题与解决方式

SimpleDateFormat 的线程安全问题

SimpleDateFormat 是一个以国别敏感的方式格式化和分析数据的详细类。 它同意格式化 (date -> text)、语法分析 (text -> date)和标准化。

可是 SimpleDateFormat 并非一个线程安全的类，在多线程并发訪问下会出现故障。通过下面代码进行检验，

public class ProveNotSafe {
	static SimpleDateFormat df = new SimpleDateFormat("dd-MMM-yyyy", Locale.US);
	static String testdata[] = { "01-Jan-1999", "14-Feb-2001", "31-Dec-2007" };

	public static void main(String[] args) {
		Runnable r[] = new Runnable[testdata.length];
		for (int i = 0; i < r.length; i++) {
			final int i2 = i;
			r[i] = new Runnable() {
				public void run() {
					try {
						for (int j = 0; j < 1000; j++) {
							String str = testdata[i2];
							String str2 = null;
							/* synchronized(df) */{
								Date d = df.parse(str);
								str2 = df.format(d);
								System.out.println("i: " + i2 + "	j: " + j
										+ "	ThreadID: "
										+ Thread.currentThread().getId()
										+ "	ThreadName: "
										+ Thread.currentThread().getName()
										+ "	" + str + "	" + str2);
							}
							if (!str.equals(str2)) {
								throw new RuntimeException(
										"date conversion failed after " + j
												+ " iterations. Expected "
												+ str + " but got " + str2);
							}
						}
					} catch (ParseException e) {
						throw new RuntimeException("parse failed");
					}
				}
			};
			new Thread(r[i]).start();
		}
	}
}

多次执行，便会出现异常错误：

java.lang.RuntimeException: date conversion failed after 0 iterations. Expected 01-Jan-1999 but got 28-Jul-2015

线程訪问的情况大致例如以下图：

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,比如sdf.parse(dateStr), sdf.format(date) 诸如此类的方法參数传入的日期相关String, Date等等, 都是交给 Calendar 引用来储存的.这样就会导致一个问题,假设你的 SimpleDateFormat  是个static 的, 那么多个thread 之间就会共享这个SimpleDateFormat  , 同一时候也是共享这个Calendar引用，那么就出现时间混乱的情况。

解决方法

（1）第一种方法，也是最简单的解决方式。我们能够把static去掉,这样每一个新的线程都会有一个自己的sdf实例,从而避免线程安全的问题。

SimpleDateFormat df = new SimpleDateFormat("dd-MMM-yyyy", Locale.US);
								Date d = df.parse(str);
								str2 = df.format(d);

此时訪问的情况例如以下：

然而,使用这样的方法,在高并发的情况下会大量的new sdf以及销毁sdf,这样是很耗费资源的。

（2）另外一种方法，使用 ThreadLocal。

在并发情况下,站点的请求任务与线程运行情况大概能够理解为例如以下。

比如Tomcat的线程池的最大Thread数为4, 如今须要运行的任务有1000个(理解为有1000个用户点了你的站点的某个功能)，而这1000个任务都会用到我们写的日期函数处理类

        A) 假如说日期函数处理类使用的是new SimpleDateFormat的方法,那么这里就会有1000次sdf的创建和销毁

        B) Java中提供了一种ThreadLocal的解决方式,它的工作方式是,每一个线程仅仅会有一个实例,也就是说我们运行完这1000个任务,总共仅仅会实例化4个sdf.

并且,它并不会有多线程的并发问题。由于,单个线程运行任务肯定是顺序的,比如Thread #1负责运行Task #1-#250, 那么他是顺序而运行Task #1-#250，而Thread #2拥有自己的sdf实例,他也是顺序运行任务 Task #251-#500, 以此类推。

/*
 */
package org.bupt.xiaoye.chapter3;

import java.text.ParseException;

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

public class DateUtil {

	/** 存放不同的日期模板格式的sdf的Map */
	private static ThreadLocal<Map<String, SimpleDateFormat>> sdfMap = new ThreadLocal<Map<String, SimpleDateFormat>>() {
		@Override
		protected Map<String, SimpleDateFormat> initialValue() {
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()	+ " init pattern: " + Thread.currentThread());
			return new HashMap<String, SimpleDateFormat>();
		}
	};

	/**
	 * 返回一个SimpleDateFormat,每一个线程仅仅会new一次pattern相应的sdf
	 * 
	 * @param pattern
	 * @return
	 */
	private static SimpleDateFormat getSdf(final String pattern) {
		Map<String, SimpleDateFormat> tl = sdfMap.get();
		SimpleDateFormat sdf = tl.get(pattern);
		if (sdf == null) {
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" put new sdf of pattern " + pattern + " to map");
			sdf = new SimpleDateFormat(pattern);
			tl.put(pattern, sdf);
		}
		return sdf;
	}

	/**
	 * 这样每一个线程仅仅会有一个SimpleDateFormat
	 * 
	 * @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);
	}

}

这里每个线程都有以 Thread 为key的 Map表，而这个表又以pattern 为key，每个 pattern 都有一个唯一的 SimpleDateFormat 对象。

我们通过以下代码来測试：

package org.bupt.xiaoye.chapter3;

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

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        final String patten1 = "yyyy-MM-dd";
        final String patten2 = "yyyy-MM";

        Thread t1 = new Thread() {

            @Override
            public void run() {
                try {
                    DateUtil.parse("1992-09-13", patten1);
                } catch (ParseException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };

        Thread t2 = new Thread() {

            @Override
            public void run() {
                try {
                    DateUtil.parse("2000-09", patten2);
                } catch (ParseException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };

        Thread t3 = new Thread() {

            @Override
            public void run() {
                try {
                    DateUtil.parse("1992-09-13", patten1);
                } catch (ParseException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };

        Thread t4 = new Thread() {

            @Override
            public void run() {
                try {
                    DateUtil.parse("2000-09", patten2);
                } catch (ParseException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };

        Thread t5 = new Thread() {

            @Override
            public void run() {
                try {
                    DateUtil.parse("2000-09-13", patten1);
                } catch (ParseException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };

        Thread t6 = new Thread() {

            @Override
            public void run() {
                try {
                    DateUtil.parse("2000-09", patten2);
                } catch (ParseException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };

        System.out.println("单线程运行: ");
        ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(1);
        exec.execute(t1);
        exec.execute(t2);
        exec.execute(t3);
        exec.execute(t4);
        exec.execute(t5);
        exec.execute(t6);
        exec.shutdown();

        sleep(1000);

        System.out.println("双线程运行: ");
        ExecutorService exec2 = Executors.newFixedThreadPool(2);
        exec2.execute(t1);
        exec2.execute(t2);
        exec2.execute(t3);
        exec2.execute(t4);
        exec2.execute(t5);
        exec2.execute(t6);
        exec2.shutdown();
    }

    private static void sleep(long millSec) {
        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(millSec);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

单线程运行: 
pool-1-thread-1 init pattern: Thread[pool-1-thread-1,5,main]
pool-1-thread-1 put new sdf of pattern yyyy-MM-dd to map
pool-1-thread-1 put new sdf of pattern yyyy-MM to map
双线程运行: 
pool-2-thread-1 init pattern: Thread[pool-2-thread-1,5,main]
pool-2-thread-1 put new sdf of pattern yyyy-MM-dd to map
pool-2-thread-2 init pattern: Thread[pool-2-thread-2,5,main]
pool-2-thread-2 put new sdf of pattern yyyy-MM to map
pool-2-thread-1 put new sdf of pattern yyyy-MM to map
pool-2-thread-2 put new sdf of pattern yyyy-MM-dd to map

从输出我们能够看出:

        1) 1个线程运行这6个任务的时候,这个线程首次使用过的时候会new一个新的sdf,而且以后都一直用这个sdf,而不是每次处理任务都新建一个新的sdf

        2) 2个线程运行6个任务的时候也是同理,可是2个线程的sdf是分开的,每一个线程都有自己的"yyyy-MM-dd", "yyyy-MM"的sdf,所以他们不会有线程安全安全问题

试想,假设使用的是new的实现方法,那么无论是用1个线程去运行,还是用2个线程去运行这6个任务,都须要new 6个sdf

（3）第三种方式，使用同步代码块（synchronized）或者使用装饰器设计模式包装下 SimpleDateFormat ，使之变得线程安全。

也就是在还有一篇文章中介绍的 实例封闭机制。 

http://blog.csdn.net/zq602316498/article/details/40143437

（4）第四种方式，使用第三方日期处理函数

比方 JODA 来避免这些问题，你也能够使用 commons-lang 包中的 FastDateFormat 工具类。

參考博文：

http://my.oschina.net/leejun2005/blog/152253

http://www.cnblogs.com/zemliu/archive/2013/08/29/3290585.html