Java并发编程基础之线程（java并发线程代码）
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2022-05-30
万字博文教你搞懂java源码的日期和时间相关用法(1)
介绍
本篇文章主要介绍java源码中提供了哪些日期和时间的类
日期和时间的两套API
java提供了两套处理日期和时间的API
1、旧的API，放在java.util 这个包下的：比较常用的有Date和Calendar等
2、新的API是java 8新引入的，放在java.time 这个包下的：LocalDateTime，ZonedDateTime，DateTimeFormatter和Instant等
为什么会有两套日期时间API，这个是有历史原因的，旧的API是jdk刚开始就提供的，随着版本的升级，逐渐发现原先的api不满足需要，暴露了一些问题，所以在java 8 这个版本中，重新引入新API。
这两套API都要了解，为什么呢？
因为java 8 发布时间是2014年，很多之前的系统还是沿用旧的API，所以这两套API都要了解，同时还要掌握两套API相互转化的技术。
一：Date
支持版本及以上
JDK1.0
介绍
Date类说明
Date类负责时间的表示，在计算机中，时间的表示是一个较大的概念，现有的系统基本都是利用从1970.1.1 00:00:00 到当前时间的毫秒数进行计时，这个时间称为epoch（时间戳）
package java.util; public class Date implements java.io.Serializable, Cloneable, Comparable
java.util.Date是java提供表示日期和时间的类，类里有个long 类型的变量fastTime，它是用来存储以毫秒表示的时间戳。
date常用的用法
import java.util.Date; ----------------------------------------- //获取当前时间 Date date = new Date(); System.out.println("获取当前时间:"+date); //获取时间戳 System.out.println("获取时间戳:"+date.getTime()); // date时间是否大于afterDate 等于也为false Date afterDate = new Date(date.getTime()-3600*24*1000); System.out.println("after:"+date.after(afterDate)); System.out.println("after:"+date.after(date)); // date时间是否小于afterDate 等于也为false Date beforeDate = new Date(date.getTime()+3600*24*1000); System.out.println("before:"+date.before(beforeDate)); System.out.println("before:"+date.before(date)); //两个日期比较 System.out.println("compareTo:"+date.compareTo(date)); System.out.println("compareTo:"+date.compareTo(afterDate)); System.out.println("compareTo:"+date.compareTo(beforeDate)); //转为字符串 System.out.println("转为字符串:"+date.toString()); //转为GMT时区 toGMTString() java8 中已废弃 System.out.println("转为GMT时区:"+date.toGMTString()); //转为本地时区 toLocaleString() java8 已废弃 System.out.println("转为本地时区:"+date.toLocaleString());
自定义时间格式-SimpleDateFormat
date的toString方法转成字符串，不是我们想要的时间格式，如果要自定义时间格式，就要使用SimpleDateFormat
//获取当前时间 Date date = new Date(); System.out.println("获取当前时间:"+date); SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"); System.out.println(simpleDateFormat.format(date)); SimpleDateFormat simpleDateFormat1 = new SimpleDateFormat("yyyy年MM月dd日 HH时mm分ss秒"); System.out.println(simpleDateFormat1.format(date));
SimpleDateFormat也可以方便的将字符串转成Date
//获取当前时间 String str = "2021-07-13 23:48:23"; try { Date date = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").parse(str); System.out.println(date); } catch (ParseException e) { e.printStackTrace(); }
日期和时间格式化参数说明
yyyy：年 MM：月 dd：日 hh：1~12小时制(1-12) HH：24小时制(0-23) mm：分 ss：秒 S：毫秒 E：星期几 D：一年中的第几天 F：一月中的第几个星期(会把这个月总共过的天数除以7) w：一年中的第几个星期 W：一月中的第几星期(会根据实际情况来算) a：上下午标识 k：和HH差不多，表示一天24小时制(1-24)。 K：和hh差不多，表示一天12小时制(0-11)。 z：表示时区
SimpleDateFormat线程不安全原因及解决方案
来看看SimpleDateFormat的源码，先看format方法：
// Called from Format after creating a FieldDelegate private StringBuffer format(Date date, StringBuffer toAppendTo, FieldDelegate delegate) { // Convert input date to time field list calendar.setTime(date); ... }
问题就出在成员变量calendar，如果在使用SimpleDateFormat时，用static定义，那SimpleDateFormat变成了共享变量。那SimpleDateFormat中的calendar就可以被多个线程访问到。
SimpleDateFormat的parse方法也是线程不安全的：
public Date parse(String text, ParsePosition pos) { ... 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; }
由源码可知，最后是调用**parsedDate = calb.establish(calendar).getTime();**获取返回值。方法的参数是calendar，calendar可以被多个线程访问到，存在线程不安全问题。
我们再来看看**calb.establish(calendar)**的源码
calb.establish(calendar)方法先后调用了cal.clear()和cal.set(),先清理值，再设值。但是这两个操作并不是原子性的，也没有线程安全机制来保证，导致多线程并发时，可能会引起cal的值出现问题了。
public class SimpleDateFormatDemoTest { private static SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"); public static void main(String[] args) { //1、创建线程池 ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5); //2、为线程池分配任务 ThreadPoolTest threadPoolTest = new ThreadPoolTest(); for (int i = 0; i < 10; i++) { pool.submit(threadPoolTest); } //3、关闭线程池 pool.shutdown(); } static class ThreadPoolTest implements Runnable{ @Override public void run() { String dateString = simpleDateFormat.format(new Date()); try { Date parseDate = simpleDateFormat.parse(dateString); String dateString2 = simpleDateFormat.format(parseDate); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程是否安全: "+dateString.equals(dateString2)); } catch (Exception e) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 格式化失败 "); } } } }
出现了两次false，说明线程是不安全的。而且还抛异常，这个就严重了。
这个是阿里巴巴 java开发手册中的规定：
1、不要定义为static变量，使用局部变量
2、加锁：synchronized锁和Lock锁
3、使用ThreadLocal方式
4、使用DateTimeFormatter代替SimpleDateFormat（DateTimeFormatter是线程安全的，java 8+支持）
5、使用FastDateFormat 替换SimpleDateFormat（FastDateFormat 是线程安全的，Apache Commons Lang包支持，不受限于java版本）
就是要使用SimpleDateFormat对象进行format或parse时，再定义为局部变量。就能保证线程安全。
public class SimpleDateFormatDemoTest1 { public static void main(String[] args) { //1、创建线程池 ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5); //2、为线程池分配任务 ThreadPoolTest threadPoolTest = new ThreadPoolTest(); for (int i = 0; i < 10; i++) { pool.submit(threadPoolTest); } //3、关闭线程池 pool.shutdown(); } static class ThreadPoolTest implements Runnable{ @Override public void run() { SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"); String dateString = simpleDateFormat.format(new Date()); try { Date parseDate = simpleDateFormat.parse(dateString); String dateString2 = simpleDateFormat.format(parseDate); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程是否安全: "+dateString.equals(dateString2)); } catch (Exception e) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 格式化失败 "); } } } }
由图可知，已经保证了线程安全，但这种方案不建议在高并发场景下使用，因为会创建大量的SimpleDateFormat对象，影响性能。
加synchronized锁：
SimpleDateFormat对象还是定义为全局变量，然后需要调用SimpleDateFormat进行格式化时间时，再用synchronized保证线程安全。
public class SimpleDateFormatDemoTest2 { private static SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"); public static void main(String[] args) { //1、创建线程池 ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5); //2、为线程池分配任务 ThreadPoolTest threadPoolTest = new ThreadPoolTest(); for (int i = 0; i < 10; i++) { pool.submit(threadPoolTest); } //3、关闭线程池 pool.shutdown(); } static class ThreadPoolTest implements Runnable{ @Override public void run() { try { synchronized (simpleDateFormat){ String dateString = simpleDateFormat.format(new Date()); Date parseDate = simpleDateFormat.parse(dateString); String dateString2 = simpleDateFormat.format(parseDate); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程是否安全: "+dateString.equals(dateString2)); } } catch (Exception e) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 格式化失败 "); } } } }
如图所示，线程是安全的。定义了全局变量SimpleDateFormat，减少了创建大量SimpleDateFormat对象的损耗。但是使用synchronized锁，
同一时刻只有一个线程能执行锁住的代码块，在高并发的情况下会影响性能。但这种方案不建议在高并发场景下使用
加Lock锁：
加Lock锁和synchronized锁原理是一样的，都是使用锁机制保证线程的安全。
public class SimpleDateFormatDemoTest3 { private static SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"); private static Lock lock = new ReentrantLock(); public static void main(String[] args) { //1、创建线程池 ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5); //2、为线程池分配任务 ThreadPoolTest threadPoolTest = new ThreadPoolTest(); for (int i = 0; i < 10; i++) { pool.submit(threadPoolTest); } //3、关闭线程池 pool.shutdown(); } static class ThreadPoolTest implements Runnable{ @Override public void run() { try { lock.lock(); String dateString = simpleDateFormat.format(new Date()); Date parseDate = simpleDateFormat.parse(dateString); String dateString2 = simpleDateFormat.format(parseDate); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程是否安全: "+dateString.equals(dateString2)); } catch (Exception e) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 格式化失败 "); }finally { lock.unlock(); } } } }
由结果可知，加Lock锁也能保证线程安全。要注意的是，最后一定要释放锁，代码里在finally里增加了lock.unlock();，保证释放锁。
在高并发的情况下会影响性能。这种方案不建议在高并发场景下使用
使用ThreadLocal保证每一个线程有SimpleDateFormat对象副本。这样就能保证线程的安全。
public class SimpleDateFormatDemoTest4 { private static ThreadLocal
使用ThreadLocal能保证线程安全，且效率也是挺高的。适合高并发场景使用。
使用DateTimeFormatter代替SimpleDateFormat（DateTimeFormatter是线程安全的，java 8+支持）
DateTimeFormatter介绍
public class DateTimeFormatterDemoTest5 { private static DateTimeFormatter dateTimeFormatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"); public static void main(String[] args) { //1、创建线程池 ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5); //2、为线程池分配任务 ThreadPoolTest threadPoolTest = new ThreadPoolTest(); for (int i = 0; i < 10; i++) { pool.submit(threadPoolTest); } //3、关闭线程池 pool.shutdown(); } static class ThreadPoolTest implements Runnable{ @Override public void run() { try { String dateString = dateTimeFormatter.format(LocalDateTime.now()); TemporalAccessor temporalAccessor = dateTimeFormatter.parse(dateString); String dateString2 = dateTimeFormatter.format(temporalAccessor); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程是否安全: "+dateString.equals(dateString2)); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 格式化失败 "); } } } }
使用DateTimeFormatter能保证线程安全，且效率也是挺高的。适合高并发场景使用。
使用FastDateFormat 替换SimpleDateFormat（FastDateFormat 是线程安全的，Apache Commons Lang包支持，不受限于java版本）
public class FastDateFormatDemo6 { private static FastDateFormat fastDateFormat = FastDateFormat.getInstance("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"); public static void main(String[] args) { //1、创建线程池 ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5); //2、为线程池分配任务 ThreadPoolTest threadPoolTest = new ThreadPoolTest(); for (int i = 0; i < 10; i++) { pool.submit(threadPoolTest); } //3、关闭线程池 pool.shutdown(); } static class ThreadPoolTest implements Runnable{ @Override public void run() { try { String dateString = fastDateFormat.format(new Date()); Date parseDate = fastDateFormat.parse(dateString); String dateString2 = fastDateFormat.format(parseDate); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程是否安全: "+dateString.equals(dateString2)); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 格式化失败 "); } } } }
使用FastDateFormat能保证线程安全，且效率也是挺高的。适合高并发场景使用。
Apache Commons Lang 3.5
//FastDateFormat @Override public String format(final Date date) { return printer.format(date); } @Override public String format(final Date date) { final Calendar c = Calendar.getInstance(timeZone, locale); c.setTime(date); return applyRulesToString(c); }
源码中 Calender 是在 format 方法里创建的，肯定不会出现 setTime 的线程安全问题。这样线程安全疑惑解决了。那还有性能问题要考虑？
我们来看下FastDateFormat是怎么获取的
FastDateFormat.getInstance(); FastDateFormat.getInstance(CHINESE_DATE_TIME_PATTERN);
看下对应的源码
/** * 获得 FastDateFormat实例，使用默认格式和地区 * * @return FastDateFormat */ public static FastDateFormat getInstance() { return CACHE.getInstance(); } /** * 获得 FastDateFormat 实例，使用默认地区
* 支持缓存 * * @param pattern 使用{@link java.text.SimpleDateFormat} 相同的日期格式 * @return FastDateFormat * @throws IllegalArgumentException 日期格式问题 */ public static FastDateFormat getInstance(final String pattern) { return CACHE.getInstance(pattern, null, null); }
这里有用到一个CACHE，看来用了缓存，往下看
private static final FormatCache
在getInstance 方法中加了ConcurrentMap 做缓存，提高了性能。且我们知道ConcurrentMap 也是线程安全的。
/** * 年月格式 {@link FastDateFormat}：yyyy-MM */ public static final FastDateFormat NORM_MONTH_FORMAT = FastDateFormat.getInstance(NORM_MONTH_PATTERN);
//FastDateFormat public static FastDateFormat getInstance(final String pattern) { return CACHE.getInstance(pattern, null, null); }
如图可证，是使用了ConcurrentMap 做缓存。且key值是格式，时区和locale（语境）三者都相同为相同的key。
问题
1、tostring()输出时，总以系统的默认时区格式输出，不友好。
2、时区不能转换
3、日期和时间的计算不简便，例如计算加减，比较两个日期差几天等。
4、格式化日期和时间的SimpleDateFormat对象是线程不安全的
5、Date对象本身也是线程不安全的
public class Date implements java.io.Serializable, Cloneable, Comparable
二：Calendar
支持版本及以上
JDK1.1
介绍
Calendar类说明
Calendar类提供了获取或设置各种日历字段的各种方法，比Date类多了一个可以计算日期和时间的功能。
Calendar常用的用法
// 获取当前时间: Calendar c = Calendar.getInstance(); int y = c.get(Calendar.YEAR); int m = 1 + c.get(Calendar.MONTH); int d = c.get(Calendar.DAY_OF_MONTH); int w = c.get(Calendar.DAY_OF_WEEK); int hh = c.get(Calendar.HOUR_OF_DAY); int mm = c.get(Calendar.MINUTE); int ss = c.get(Calendar.SECOND); int ms = c.get(Calendar.MILLISECOND); System.out.println("返回的星期："+w); System.out.println(y + "-" + m + "-" + d + " " + " " + hh + ":" + mm + ":" + ss + "." + ms);
如上图所示，月份计算时，要+1；返回的星期是从周日开始计算，周日为1，1~7表示星期；
Calendar的跨年问题和解决方案
背景：在使用Calendar 的api getWeekYear()读取年份，在跨年那周的时候，程序获取的年份可能不是我们想要的，例如在2019年30号时，要返回2019,结果是返回2020，是不是有毒
// 获取当前时间: Calendar c = Calendar.getInstance(); c.clear(); String str = "2019-12-30"; try { c.setTime(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd").parse(str)); int y = c.getWeekYear(); System.out.println(y); } catch (ParseException e) { e.printStackTrace(); }
老规矩，从源码入手
Calendar类 ------------------------- //@since 1.7 public int getWeekYear() { throw new UnsupportedOperationException(); }
这个源码有点奇怪，getWeekYear（）方法是java 7引入的。它的实现怎么是抛出异常，但是执行时，又有结果返回。
断点跟进，通过Calendar.getInstance()获取的Calendar实例是GregorianCalendar
GregorianCalendar -------------------------------------- public int getWeekYear() { int year = get(YEAR); // implicitly calls complete() if (internalGetEra() == BCE) { year = 1 - year; } // Fast path for the Gregorian calendar years that are never // affected by the Julian-Gregorian transition if (year > gregorianCutoverYear + 1) { int weekOfYear = internalGet(WEEK_OF_YEAR); if (internalGet(MONTH) == JANUARY) { if (weekOfYear >= 52) { --year; } } else { if (weekOfYear == 1) { ++year; } } return year; } ... }
方法内获取的年份刚开始是正常的
在JDK中会把前一年末尾的几天判定为下一年的第一周，因此上面程序的结果是1
使用Calendar类 get(Calendar.YEAR)获取年份
问题
1、读取月份时，要+1
2、返回的星期是从周日开始计算，周日为1，1~7表示星期
3、Calendar的跨年问题，获取年份要用c.get(Calendar.YEAR)，不要用c.getWeekYear();
4、获取指定时间是一年中的第几周时，调用cl.get(Calendar.WEEK_OF_YEAR)，要注意跨年问题，跨年的那一周，获取的值为1。离跨年最近的那周为52。
三：LocalDateTime
支持版本及以上
jdk8
介绍
LocalDateTime类说明
表示当前日期时间，相当于：yyyy-MM-ddTHH:mm:ss
LocalDateTime常用的用法
LocalDate d = LocalDate.now(); // 当前日期 LocalTime t = LocalTime.now(); // 当前时间 LocalDateTime dt = LocalDateTime.now(); // 当前日期和时间 System.out.println(d); // 严格按照ISO 8601格式打印 System.out.println(t); // 严格按照ISO 8601格式打印 System.out.println(dt); // 严格按照ISO 8601格式打印
由运行结果可行，本地日期时间通过now()获取到的总是以当前默认时区返回的
LocalDate d2 = LocalDate.of(2021, 07, 14); // 2021-07-14, 注意07=07月 LocalTime t2 = LocalTime.of(13, 14, 20); // 13:14:20 LocalDateTime dt2 = LocalDateTime.of(2021, 07, 14, 13, 14, 20); LocalDateTime dt3 = LocalDateTime.of(d2, t2); System.out.println("指定日期时间："+dt2); System.out.println("指定日期时间："+dt3);
LocalDateTime currentTime = LocalDateTime.now(); // 当前日期和时间 System.out.println("------------------时间的加减法及修改-----------------------"); //3.LocalDateTime的加减法包含了LocalDate和LocalTime的所有加减,上面说过,这里就只做简单介绍 System.out.println("3.当前时间：" + currentTime); System.out.println("3.当前时间加5年：" + currentTime.plusYears(5)); System.out.println("3.当前时间加2个月：" + currentTime.plusMonths(2)); System.out.println("3.当前时间减2天：" + currentTime.minusDays(2)); System.out.println("3.当前时间减5个小时：" + currentTime.minusHours(5)); System.out.println("3.当前时间加5分钟：" + currentTime.plusMinutes(5)); System.out.println("3.当前时间加20秒：" + currentTime.plusSeconds(20)); //还可以灵活运用比如：向后加一年，向前减一天，向后加2个小时，向前减5分钟，可以进行连写 System.out.println("3.同时修改(向后加一年，向前减一天，向后加2个小时，向前减5分钟)：" + currentTime.plusYears(1).minusDays(1).plusHours(2).minusMinutes(5)); System.out.println("3.修改年为2025年：" + currentTime.withYear(2025)); System.out.println("3.修改月为12月：" + currentTime.withMonth(12)); System.out.println("3.修改日为27日：" + currentTime.withDayOfMonth(27)); System.out.println("3.修改小时为12：" + currentTime.withHour(12)); System.out.println("3.修改分钟为12：" + currentTime.withMinute(12)); System.out.println("3.修改秒为12：" + currentTime.withSecond(12));
LocalDateTime和Date相互转化
System.out.println("------------------方法一：分步写-----------------------"); //实例化一个时间对象 Date date = new Date(); //返回表示时间轴上同一点的瞬间作为日期对象 Instant instant = date.toInstant(); //获取系统默认时区 ZoneId zoneId = ZoneId.systemDefault(); //根据时区获取带时区的日期和时间 ZonedDateTime zonedDateTime = instant.atZone(zoneId); //转化为LocalDateTime LocalDateTime localDateTime = zonedDateTime.toLocalDateTime(); System.out.println("方法一：原Date = " + date); System.out.println("方法一：转化后的LocalDateTime = " + localDateTime); System.out.println("------------------方法二：一步到位（推荐使用）-----------------------"); //实例化一个时间对象 Date todayDate = new Date(); //Instant.ofEpochMilli(long l)使用1970-01-01T00:00:00Z的纪元中的毫秒来获取Instant的实例 LocalDateTime ldt = Instant.ofEpochMilli(todayDate.getTime()).atZone(ZoneId.systemDefault()).toLocalDateTime(); System.out.println("方法二：原Date = " + todayDate); System.out.println("方法二：转化后的LocalDateTime = " + ldt);
System.out.println("------------------方法一：分步写-----------------------"); //获取LocalDateTime对象，当前时间 LocalDateTime localDateTime = LocalDateTime.now(); //获取系统默认时区 ZoneId zoneId = ZoneId.systemDefault(); //根据时区获取带时区的日期和时间 ZonedDateTime zonedDateTime = localDateTime.atZone(zoneId); //返回表示时间轴上同一点的瞬间作为日期对象 Instant instant = zonedDateTime.toInstant(); //转化为Date Date date = Date.from(instant); System.out.println("方法一：原LocalDateTime = " + localDateTime); System.out.println("方法一：转化后的Date = " + date); System.out.println("------------------方法二：一步到位（推荐使用）-----------------------"); //实例化一个LocalDateTime对象 LocalDateTime now = LocalDateTime.now(); //转化为date Date dateResult = Date.from(now.atZone(ZoneId.systemDefault()).toInstant()); System.out.println("方法二：原LocalDateTime = " + now); System.out.println("方法二：转化后的Date = " + dateResult);
线程安全
网上大家都在说JAVA 8提供的LocalDateTime是线程安全的，但是它是如何实现的呢
今天让我们来挖一挖
public final class LocalDateTime implements Temporal, TemporalAdjuster, ChronoLocalDateTime
由上面的源码可知，LocalDateTime是不可变类。我们都知道一个java并发编程规则：不可变对象永远是线程安全的。
对比下Date的源码 ,Date是可变类，所以是线程不安全的。
public class Date implements java.io.Serializable, Cloneable, Comparable
Java JDK
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