SimpleDateFormat类的线程安全问题和解决方案（问题篇）-伙伴云

SimpleDateFormat类的线程安全问题和解决方案（问题篇）

网友投稿 572 2022-05-30

首先问下大家：你使用的SimpledateFormat类还安全吗？为什么说SimpleDateFormat类不是线程安全的？带着问题从本文中寻求答案。

提起SimpleDateFormat类，想必做过Java开发的童鞋都不会感到陌生。没错，它就是Java中提供的日期时间的转化类。这里，为什么说SimpleDateFormat类有线程安全问题呢？有些小伙伴可能会提出疑问：我们生产环境上一直在使用SimpleDateFormat类来解析和格式化日期和时间类型的数据，一直都没有问题啊！我的回答是：没错，那是因为你们的系统达不到SimpleDateFormat类出现问题的并发量，也就是说你们的系统没啥负载！

接下来，我们就一起看下在高并发下SimpleDateFormat类为何会出现安全问题，以及如何解决SimpleDateFormat类的安全问题。

重现SimpleDateFormat类的线程安全问题

为了重现SimpleDateFormat类的线程安全问题，一种比较简单的方式就是使用线程池结合Java并发包中的CountDownLatch类和Semaphore类来重现线程安全问题。

有关CountDownLatch类和Semaphore类的具体用法和底层原理与源码解析在【高并发专题】后文会深度分析。这里，大家只需要知道CountDownLatch类可以使一个线程等待其他线程各自执行完毕后再执行。而Semaphore类可以理解为一个计数信号量，必须由获取它的线程释放，经常用来限制访问某些资源的线程数量，例如限流等。

好了，先来看下重现SimpleDateFormat类的线程安全问题的代码，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; /** * @author binghe * @version 1.0.0 * @description 测试SimpleDateFormat的线程不安全问题 */ public class SimpleDateFormatTest01 { //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 { 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"); } }

可以看到，在SimpleDateFormatTest01类中，首先定义了两个常量，一个是程序执行的总次数，一个是同时运行的线程数量。程序中结合线程池和CountDownLatch类与Semaphore类来模拟高并发的业务场景。其中，有关日期转化的代码只有如下一行。

simpleDateFormat.parse("2020-01-01");

当程序捕获到异常时，打印相关的信息，并退出整个程序的运行。当程序正确运行后，会打印“所有线程格式化日期成功”。

运行程序输出的结果信息如下所示。

Exception in thread "pool-1-thread-4" Exception in thread "pool-1-thread-1" Exception in thread "pool-1-thread-2" 线程：pool-1-thread-7 格式化日期失败线程：pool-1-thread-9 格式化日期失败线程：pool-1-thread-10 格式化日期失败 Exception in thread "pool-1-thread-3" Exception in thread "pool-1-thread-5" Exception in thread "pool-1-thread-6" 线程：pool-1-thread-15 格式化日期失败线程：pool-1-thread-21 格式化日期失败 Exception in thread "pool-1-thread-23" 线程：pool-1-thread-16 格式化日期失败线程：pool-1-thread-11 格式化日期失败 java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException 线程：pool-1-thread-27 格式化日期失败 at java.lang.System.arraycopy(Native Method) at java.lang.AbstractStringBuilder.append(AbstractStringBuilder.java:597) at java.lang.StringBuffer.append(StringBuffer.java:367) at java.text.DigitList.getLong(DigitList.java:191)线程：pool-1-thread-25 格式化日期失败 at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2084) at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:1869) at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514) 线程：pool-1-thread-14 格式化日期失败 at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364) at io.binghe.concurrent.lab06.SimpleDateFormatTest01.lambda$main$0(SimpleDateFormatTest01.java:47) 线程：pool-1-thread-13 格式化日期失败 at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149) at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) java.lang.NumberFormatException: For input string: "" at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65) 线程：pool-1-thread-20 格式化日期失败 at java.lang.Long.parseLong(Long.java:601) at java.lang.Long.parseLong(Long.java:631) at java.text.DigitList.getLong(DigitList.java:195) at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2084) at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:2162) at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514) at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364) at io.binghe.concurrent.lab06.SimpleDateFormatTest01.lambda$main$0(SimpleDateFormatTest01.java:47) at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149) at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) java.lang.NumberFormatException: For input string: "" at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65) at java.lang.Long.parseLong(Long.java:601) at java.lang.Long.parseLong(Long.java:631) at java.text.DigitList.getLong(DigitList.java:195) at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2084) at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:1869) at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514) at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364) Process finished with exit code 1

(SimpleDateFormatTest01.java:47) 线程：pool-1-thread-13 格式化日期失败 at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149) at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) java.lang.NumberFormatException: For input string: "" at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65) 线程：pool-1-thread-20 格式化日期失败 at java.lang.Long.parseLong(Long.java:601) at java.lang.Long.parseLong(Long.java:631) at java.text.DigitList.getLong(DigitList.java:195) at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2084) at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:2162) at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514) at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364) at io.binghe.concurrent.lab06.SimpleDateFormatTest01.lambda$main

(SimpleDateFormatTest01.java:47) at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149) at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) java.lang.NumberFormatException: For input string: "" at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65) at java.lang.Long.parseLong(Long.java:601) at java.lang.Long.parseLong(Long.java:631) at java.text.DigitList.getLong(DigitList.java:195) at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2084) at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:1869) at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514) at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364) Process finished with exit code 1

说明，在高并发下使用SimpleDateFormat类格式化日期时抛出了异常，SimpleDateFormat类不是线程安全的！！！

接下来，我们就看下，SimpleDateFormat类为何不是线程安全的。

SimpleDateFormat类为何不是线程安全的？

那么，接下来，我们就一起来看看真正引起SimpleDateFormat类线程不安全的根本原因。

通过查看SimpleDateFormat类的源码，我们得知：SimpleDateFormat是继承自DateFormat类，DateFormat类中维护了一个全局的Calendar变量，如下所示。

/** * The {@link Calendar} instance used for calculating the date-time fields * and the instant of time. This field is used for both formatting and * parsing. * *

Subclasses should initialize this field to a {@link Calendar} * appropriate for the {@link Locale} associated with this * DateFormat. * @serial */ protected Calendar calendar;

从注释可以看出，这个Calendar对象既用于格式化也用于解析日期时间。接下来，我们再查看parse()方法接近最后的部分。

@Override public Date parse(String text, ParsePosition pos){ ################此处省略N行代码################## Date parsedDate; try { parsedDate = calb.establish(calendar).getTime(); // If the year value is ambiguous, // then the two-digit year == the default start year if (ambiguousYear[0]) { if (parsedDate.before(defaultCenturyStart)) { parsedDate = calb.addYear(100).establish(calendar).getTime(); } } } // An IllegalArgumentException will be thrown by Calendar.getTime() // if any fields are out of range, e.g., MONTH == 17. catch (IllegalArgumentException e) { pos.errorIndex = start; pos.index = oldStart; return null; } return parsedDate; }

可见，最后的返回值是通过调用CalendarBuilder.establish()方法获得的，而这个方法的参数正好就是前面的Calendar对象。

接下来，我们再来看看CalendarBuilder.establish()方法，如下所示。

Calendar establish(Calendar cal) { boolean weekDate = isSet(WEEK_YEAR) && field[WEEK_YEAR] > field[YEAR]; if (weekDate && !cal.isWeekDateSupported()) { // Use YEAR instead if (!isSet(YEAR)) { set(YEAR, field[MAX_FIELD + WEEK_YEAR]); } weekDate = false; } cal.clear(); // Set the fields from the min stamp to the max stamp so that // the field resolution works in the Calendar. for (int stamp = MINIMUM_USER_STAMP; stamp < nextStamp; stamp++) { for (int index = 0; index <= maxFieldIndex; index++) { if (field[index] == stamp) { cal.set(index, field[MAX_FIELD + index]); break; } } } if (weekDate) { int weekOfYear = isSet(WEEK_OF_YEAR) ? field[MAX_FIELD + WEEK_OF_YEAR] : 1; int dayOfWeek = isSet(DAY_OF_WEEK) ? field[MAX_FIELD + DAY_OF_WEEK] : cal.getFirstDayOfWeek(); if (!isValidDayOfWeek(dayOfWeek) && cal.isLenient()) { if (dayOfWeek >= 8) { dayOfWeek--; weekOfYear += dayOfWeek / 7; dayOfWeek = (dayOfWeek % 7) + 1; } else { while (dayOfWeek <= 0) { dayOfWeek += 7; weekOfYear--; } } dayOfWeek = toCalendarDayOfWeek(dayOfWeek); } cal.setWeekDate(field[MAX_FIELD + WEEK_YEAR], weekOfYear, dayOfWeek); } return cal; }

在CalendarBuilder.establish()方法中先后调用了cal.clear()与cal.set()，也就是先清除cal对象中设置的值，再重新设置新的值。由于Calendar内部并没有线程安全机制，并且这两个操作也都不是原子性的，所以当多个线程同时操作一个SimpleDateFormat时就会引起cal的值混乱。类似地， format()方法也存在同样的问题。

因此， SimpleDateFormat类不是线程安全的根本原因是：DateFormat类中的Calendar对象被多线程共享，而Calendar对象本身不支持线程安全。

SimpleDateFormat类的线程安全问题和解决方案（问题篇）

那么，得知了SimpleDateFormat类不是线程安全的，以及造成SimpleDateFormat类不是线程安全的原因，那么如何解决这个问题呢？接下来，我们就一起探讨下如何解决SimpleDateFormat类在高并发场景下的线程安全问题。

好了，目前我们把问题分析完了，后面我们上解决方案。

Java JDK 任务调度多线程

对.clang-format的部分注释

572 2022-05-30

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