SimpleDateFormat并发隐患及其解决-Joda-Time

谁借莪１个温暖的怀抱￠ 2022-06-09 01:49 51阅读 0赞

SimpleDateFormat被大量使用于处理时间格式化过程，但时间转换过程遇到的多线程并发使用场景并不多见，这其中存在严重并发隐患，本文就此问题展开分析并介绍几种可行的解决方案。

SimpleDateFormat被大量使用于处理时间格式化过程，由于该类在创建时会指定一个pattern用于标明固定的时间格式，所以在使用中，一般会创建一个作用域较大（static修饰或某类的私有属性）的对象用于重复使用。由于时间转换过程遇到的多线程并发的使用场景并不多见，所以很难发现在该类的隐患，事实上，该类并非是线程安全的，在多线程使用format()和parse()方法时可能会遇到问题。

# 分析 #

在SimpleDateFormat及其父类DateFormat的源文件里，有这样一段说明：

JDK文档中已经明确指出，这两个类在进行时间格式化的过程中都是非线程安全的。也就是说，使用同一个SimpleDateFormat实例，开若干线程做日期转换操作，得到的结果可能并不准确。

## parse ##

parse()测试，参考了其他人对此做的实验，我使用的测试代码（jdk1.8）如下：

<table style="margin:0px; width:auto; border-collapse:collapse; border-spacing:0px; border:none; font-size:16px; table-layout:fixed"> 
 <tbody> 
  <tr style="background-color:rgb(249,249,249)"> 
   <td style="padding:0px; vertical-align:middle; border:none"> <pre style="font-family:consolas,Menlo,&quot;PingFang SC&quot;,&quot;Microsoft YaHei&quot;,monospace; font-size:14px; background:rgb(239,242,243); color:rgb(134,145,148); overflow:auto; margin-top:0px; margin-bottom:0px; padding:10px; line-height:1.6; border:none; text-align:right">
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       1
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       2
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       3
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       4
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       5
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       6
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       7
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       8
      
       
     </div>
      
       
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       9
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       10
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       11
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       12
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
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     </div>
      
       
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       14
      
       
     </div>
      
       
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     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
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     <div style="height:20px">
      
        
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     </div>
      
       
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     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       19
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       20
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
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     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
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     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
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     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
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     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       25
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       26
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       27
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       28
      
       
     </div>
      
       
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       29
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       30
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
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     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       32
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       33
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       34
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       35
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       36
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       37
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       38
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       39
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       40
      
       
     </div></pre> </td> 
   <td style="padding:0px; vertical-align:middle; border:none"> <pre style="font-family:consolas,Menlo,&quot;PingFang SC&quot;,&quot;Microsoft YaHei&quot;,monospace; font-size:14px; background:rgb(247,247,247); color:rgb(77,77,76); overflow:auto; margin-top:0px; margin-bottom:0px; padding:10px; line-height:1.6; border:none">
      
       
     <div style="height:20px">
       
        
      <span style="color:rgb(137,89,168)">import</span> java.text.ParseException;
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
       
        
      <span style="color:rgb(137,89,168)">import</span> java.text.SimpleDateFormat;
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
       
        
      <span style="color:rgb(137,89,168)">import</span> java.util.Date;
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
       
        
      <span style="color:rgb(137,89,168)">import</span> java.util.concurrent.ExecutorService;
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
       
        
      <span style="color:rgb(137,89,168)">import</span> java.util.concurrent.Executors;
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px"></div>
      
       
     <div style="height:20px">
       
        
      <span style="color:rgb(137,89,168)">public</span> 
       
        
      <span><span style="color:rgb(137,89,168)">class</span> <span style="color:rgb(62,153,159)">DateFormatTest</span> <span style="color:rgb(137,89,168)">extends</span> <span style="color:rgb(62,153,159)">Thread</span> </span>{
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">    
       
        
      <span style="color:rgb(137,89,168)">private</span> 
       
        
      <span style="color:rgb(137,89,168)">static</span> SimpleDateFormat sdf = 
       
        
      <span style="color:rgb(137,89,168)">new</span> SimpleDateFormat(
       
        
      <span style="color:rgb(113,140,0)">"yyyy-MM-dd"</span>);
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px"></div>
      
       
     <div style="height:20px">    
       
        
      <span style="color:rgb(137,89,168)">private</span> String name;
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">    
       
        
      <span style="color:rgb(137,89,168)">private</span> String dateStr;
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px"></div>
      
       
     <div style="height:20px">    
       
        
      <span style="color:rgb(66,113,174)"><span style="color:rgb(137,89,168)">public</span> <span style="color:rgb(62,153,159)">DateFormatTest</span><span style="color:rgb(245,135,31)">(String name, String dateStr)</span> </span>{
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">        
       
        
      <span style="color:rgb(137,89,168)">this</span>.name = name;
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">        
       
        
      <span style="color:rgb(137,89,168)">this</span>.dateStr = dateStr;
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
           }
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px"></div>
      
       
     <div style="height:20px">    
       
        
      <span style="color:rgb(137,89,168)">@Override</span>
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">    
       
        
      <span style="color:rgb(66,113,174)"><span style="color:rgb(137,89,168)">public</span> <span style="color:rgb(137,89,168)">void</span> <span style="color:rgb(62,153,159)">run</span><span style="color:rgb(245,135,31)">()</span> </span>{
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px"></div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
               Date date = 
       
        
      <span style="color:rgb(137,89,168)">null</span>;
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px"></div>
      
       
     <div style="height:20px">        
       
        
      <span style="color:rgb(137,89,168)">try</span> {
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
                   date = sdf.parse(dateStr);
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
               } 
       
        
      <span style="color:rgb(137,89,168)">catch</span> (ParseException e) {
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
                   e.printStackTrace();
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
               }
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px"></div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
               System.out.println(name + 
       
        
      <span style="color:rgb(113,140,0)">" : date: "</span> + date);
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
           }
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px"></div>
      
       
     <div style="height:20px">    
       
        
      <span style="color:rgb(66,113,174)"><span style="color:rgb(137,89,168)">public</span> <span style="color:rgb(137,89,168)">static</span> <span style="color:rgb(137,89,168)">void</span> <span style="color:rgb(62,153,159)">main</span><span style="color:rgb(245,135,31)">(String[] args)</span> <span style="color:rgb(137,89,168)">throws</span> InterruptedException </span>{
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
               ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px"></div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
               executor.execute(
       
        
      <span style="color:rgb(137,89,168)">new</span> DateFormatTest(
       
        
      <span style="color:rgb(113,140,0)">"Test_A"</span>, 
       
        
      <span style="color:rgb(113,140,0)">"2000-04-28"</span>));
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
               executor.execute(
       
        
      <span style="color:rgb(137,89,168)">new</span> DateFormatTest(
       
        
      <span style="color:rgb(113,140,0)">"Test_B"</span>, 
       
        
      <span style="color:rgb(113,140,0)">"2017-04-28"</span>));
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px"></div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
               executor.shutdown();
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
           }
      
       
     </div>
      
       
     <div style="height:20px">
      
        
       }
      
       
     </div></pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

这段测试代码参考了网上一段用例，与之不同的是，原用例中在两个线程操作中间做了线程等待Sleep，而为了看到效果，修改后的测试用例把线程等待的部分去掉。虽然每次运行的结果都会不太一样，但经常会抛出的异常：

需要明确的是，待转换的字符串作为非静态私有变量是每个对象持有的，只有sdf本身是公用的，不难发现即便是成功输出了，但是数值也未必会是正确的，parse()方法不安全。

## format ##

SimpleDateFormat的format()方法源码如下：

需要注意的是calendar的操作并非是线程安全的，很显然在并发情景下，format的使用并不安全，测试过程与对parse过程的测试相似，不再赘述。

# 解决 #

既然SimpleDateFormat本身并不安全，那么解决的方式无非两种：优化使用过程或者找替代品。

### 1.临时创建 ###

不使用Static，每次使用时，创建新实例。

#### 存在的问题： ####

SimpleDateFormat中使用了Calendar对象，由于该对象相当重，在高并发的情况下会大量的new SimpleDateFormat以及销毁SimpleDateFormat，极其耗费资源。

### 2.synchronized ###

以synchronized同步SimpleDateFormat对象。

#### 存在的问题： ####

高并发时，使用该对象会出现阻塞，当前使用者使用时，其他使用者等待，尽管结果是对的，但是并发成了排队，实际上并没有解决问题，还会对性能以及效率造成影响。

### 3.ThreadLocal ###

使用ThreadLocal，令每个线程创建一个当前线程的SimpleDateFormat的实例对象。

public class ConcurrentDateUtil \{

private static ThreadLocal<DateFormat> threadLocal = new ThreadLocal<DateFormat>() \{

@Override

protected DateFormat initialValue() \{

return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

\};

public static Date parse(String dateStr) throws ParseException \{

return threadLocal.get().parse(dateStr);

public static String format(Date date) \{

return threadLocal.get().format(date);

或

public class ThreadLocalDateUtil \{

private static final String date\_format = "yyyy-MM-dd HH:mm:ss";

private static ThreadLocal<DateFormat> threadLocal = new ThreadLocal<DateFormat>();

public static DateFormat getDateFormat()

DateFormat df = threadLocal.get();

if(df==null)\{

df = new SimpleDateFormat(date\_format);

threadLocal.set(df);

return df;

public static String formatDate(Date date) throws ParseException \{

return getDateFormat().format(date);

public static Date parse(String strDate) throws ParseException \{

return getDateFormat().parse(strDate);

#### 存在的问题： ####

使用ThreadLocal时，如果执行原子任务的过程是每一个线程执行一个任务，那么这样的声明基本和每次使用前创建实例对象是没区别的；如果使用的是多线程加任务队列，举个例子，tomcat有m个处理线程，外部有n个待处理任务请求，那么当执行n个任务时，其实只会创建m个SimpleDateFormat实例，对于单一的处理线程，执行任务是有序的，所以对于当前线程而言，不存在并发。

### 4.Apache的 DateFormatUtils 与 FastDateFormat ###

使用org.apache.commons.lang.time.FastDateFormat 与 org.apache.commons.lang.time.DateFormatUtils。

#### 存在的问题： ####

apache保证是线程安全的，并且更高效。但是DateFormatUtils与FastDateFormat这两个类中只有format()方法，所有的format方法只接受long，Date，Calendar类型的输入，转换成时间串，目前不存在parse()方法，可由时间字符串转换为时间对象。

### 5.Joda-Time ###

使用Joda-Time类库。

#### 存在的问题： ####

没有问题~

#### 简介： ####

Joda-Time — 面向 Java 应用程序的日期/时间库的替代选择，Joda-Time 令时间和日期值变得易于管理、操作和理解。事实上，易于使用是 Joda 的主要设计目标。其他目标包括可扩展性、完整的特性集以及对多种日历系统的支持。并且 Joda 与 JDK 是百分之百可互操作的，因此您无需替换所有 Java 代码，只需要替换执行日期/时间计算的那部分代码。

#### 资料： ####

Joda-Time 简介（中文）[https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jodatime.html][https_www.ibm.com_developerworks_cn_java_j-jodatime.html]  
Joda-Time 文档（英文）[http://joda-time.sourceforge.net/][http_joda-time.sourceforge.net]

[https_www.ibm.com_developerworks_cn_java_j-jodatime.html]: https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jodatime.html
[http_joda-time.sourceforge.net]: http://joda-time.sourceforge.net/