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SimpleDateFormat 线程安全问题的六种解决方案

Java编程精选 · 公众号 · Java · 2024-12-20 18:00

主要观点总结

文章详细探讨了解决SimpleDateFormat类的线程安全问题的多种方法，包括局部变量法、synchronized锁方式、Lock锁方式、ThreadLocal方式、DateTimeFormatter方式和joda-time方式。每种方法都进行了详细的解释、代码示例和性能评估。

关键观点总结

关键观点1: 局部变量法

每次执行格式化时间时都会创建SimpleDateFormat类的对象，导致创建大量对象，消耗性能，不推荐在生产环境使用。

关键观点2: synchronized锁方式和Lock锁方式

通过加锁的方式，使同一时刻只能有一个线程执行格式化日期和时间的操作。性能下降，不推荐在高并发生产环境使用。

关键观点3: ThreadLocal方式

通过保存各个线程的SimpleDateFormat类对象的副本，使每个线程各自使用自己的SimpleDateFormat对象，互不干扰，执行性能高，推荐在高并发生产环境使用。

关键观点4: DateTimeFormatter方式

Java 8中提供的处理日期和时间的类，线程安全，性能良好，推荐在高并发场景下的生产环境使用。

关键观点5: joda-time方式

第三方处理日期和时间的类库，线程安全，经过高并发的考验，推荐在高并发场景下的生产环境使用。

正文

解决 SimpleDateFormat 类在高并发场景下的线程安全问题可以有多种方式，这里，就列举几个常用的方式供参考，大家也可以在评论区给出更多的解决方案。

1、局部变量法

最简单的一种方式就是将 SimpleDateFormat 类对象定义成局部变量，如下所示的代码，将 SimpleDateFormat 类对象定义在 parse(String) 方法的上面，即可解决问题。

package com.nowjava.date.test;
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 局部变量法解决SimpleDateFormat类的线程安全问题 */public class SimpleDateFormatTest02 {
  //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;
  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 simpleDateFormat = new SimpleDateFormat(              "yyyy-MM-dd"            );            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");  }}

此时运行修改后的程序，输出结果如下所示。

所有线程格式化日期成功

当然，这种方式在高并发下会创建大量的 SimpleDateFormat 类对象，影响程序的性能，所以，这种方式在实际生产环境不太被推荐。

2、synchronized 锁方式

将 SimpleDateFormat 类对象定义成全局静态变量，此时所有线程共享 SimpleDateFormat 类对象，此时在调用格式化时间的方法时，对 SimpleDateFormat 对象进行同步即可，代码如下所示。

package com.nowjava.date.test;
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 通过Synchronized锁解决SimpleDateFormat类的线程安全问题 */public class SimpleDateFormatTest03 {
  //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 {            synchronized (simpleDateFormat) {              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");  }}

此时，解决问题的关键代码如下所示。

synchronized (simpleDateFormat){    simpleDateFormat.parse("2020-01-01");}

运行程序，输出结果如下所示。

所有线程格式化日期成功

需要注意的是，虽然这种方式能够解决 SimpleDateFormat 类的线程安全问题，但是由于在程序的执行过程中，为 SimpleDateFormat 类对象加上了 synchronized 锁，导致同一时刻只能有一个线程执行 parse(String) 方法。此时，会影响程序的执行性能，在要求高并发的生产环境下，此种方式也是不太推荐使用的。

3、Lock 锁方式

Lock 锁方式与 synchronized 锁方式实现原理相同，都是在高并发下通过 JVM 的锁机制来保证程序的线程安全。通过 Lock 锁方式解决问题的代码如下所示。

package com.nowjava.date.test;
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;import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/** * @author binghe * @version 1.0.0 * @description 通过Lock锁解决SimpleDateFormat类的线程安全问题 */public class SimpleDateFormatTest04 {
  //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"  );  //Lock对象  private static Lock lock = new ReentrantLock();
  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 {            lock.lock();            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);          } finally {            lock.unlock();          }          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");  }}

通过代码可以得知，首先，定义了一个 Lock 类型的全局静态变量作为加锁和释放锁的句柄。然后在 simpleDateFormat。parse(String) 代码之前通过 lock。lock() 加锁。这里需要注意的一点是：为防止程序抛出异常而导致锁不能被释放，一定要将释放锁的操作放到 finally 代码块中，如下所示。

finally {  lock.unlock();}

运行程序，输出结果如下所示。

所有线程格式化日期成功

此种方式同样会影响高并发场景下的性能，不太建议在高并发的生产环境使用。

4、ThreadLocal 方式

使用 ThreadLocal 存储每个线程拥有的 SimpleDateFormat 对象的副本，能够有效的避免多线程造成的线程安全问题，使用 ThreadLocal 解决线程安全问题的代码如下所示。

package com.nowjava.date.test;
import java.text.DateFormat;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 通过ThreadLocal解决SimpleDateFormat类的线程安全问题 */public class SimpleDateFormatTest05 {
  //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;  private static ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal() {    @Override    protected DateFormat initialValue() {      return 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 {            threadLocal.get().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");  }}

通过代码可以得知，将每个线程使用的 SimpleDateFormat 副本保存在 ThreadLocal 中，各个线程在使用时互不干扰，从而解决了线程安全问题。

运行程序，输出结果如下所示。

所有线程格式化日期成功

此种方式运行效率比较高，推荐在高并发业务场景的生产环境使用。

另外，使用 ThreadLocal 也可以写成如下形式的代码，效果是一样的。

5、DateTimeFormatter 方式

DateTimeFormatter 是 Java8 提供的新的日期时间 API 中的类，DateTimeFormatter 类是线程安全的，可以在高并发场景下直接使用 DateTimeFormatter 类来处理日期的格式化操作。代码如下所示。

package com.nowjava.date.test;
import java.time.LocalDate;import java.time.format.DateTimeFormatter;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 通过DateTimeFormatter类解决线程安全问题 */public class SimpleDateFormatTest07 {
  //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;  private static DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern(    "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 {            LocalDate.parse("2020-01-01", formatter);          } catch (Exception 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，DateTimeFormatter 类是线程安全的，可以在高并发场景下直接使用 DateTimeFormatter 类来处理日期的格式化操作。

运行程序，输出结果如下所示。

所有线程格式化日期成功

使用 DateTimeFormatter 类来处理日期的格式化操作运行效率比较高，推荐在高并发业务场景的生产环境使用。

6、joda-time 方式

joda-time 是第三方处理日期时间格式化的类库，是线程安全的。如果使用 joda-time 来处理日期和时间的格式化，则需要引入第三方类库。这里，以 Maven 为例，如下所示引入 joda-time 库。

<dependency>    <groupId>joda-timegroupId>    <artifactId>joda-timeartifactId>    <version>2.9.9version>dependency>

引入 joda-time 库后，实现的程序代码如下所示。

package com.nowjava.date.test;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.Semaphore;import org.joda.time.DateTime;import org.joda.time.format.DateTimeFormat;import org.joda.time.format.DateTimeFormatter;
/** * @author binghe * @version 1.0.0 * @description 通过DateTimeFormatter类解决线程安全问题 */public class SimpleDateFormatTest08 {
  //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;  private static DateTimeFormatter dateTimeFormatter = DateTimeFormat.forPattern(    "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 {            DateTime.parse("2020-01-01", dateTimeFormatter).toDate();          } catch (Exception 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");  }}

这里，需要注意的是：DateTime 类是 org。joda。time 包下的类，DateTimeFormat 类和 DateTimeFormatter 类都是 org。joda。time。format 包下的类，如下所示。

import org.joda.time.DateTime;import org.joda.time.format.DateTimeFormat;import org.joda.time.format.DateTimeFormatter;

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运行程序，输出结果如下所示。

所有线程格式化日期成功

使用 joda-time 库来处理日期的格式化操作运行效率比较高，推荐在高并发业务场景的生产环境使用。

总结

综上所示：在解决解决 SimpleDateFormat 类的线程安全问题的几种方案中，局部变量法由于线程每次执行格式化时间时，都会创建 SimpleDateFormat 类的对象，这会导致创建大量的 SimpleDateFormat 对象，浪费运行空间和消耗服务器的性能，因为 JVM 创建和销毁对象是要耗费性能的。所以，不推荐在高并发要求的生产环境使用。

synchronized 锁方式和 Lock 锁方式在处理问题的本质上是一致的，通过加锁的方式，使同一时刻只能有一个线程执行格式化日期和时间的操作。这种方式虽然减少了 SimpleDateFormat 对象的创建，但是由于同步锁的存在，导致性能下降，所以，不推荐在高并发要求的生产环境使用。

ThreadLocal 通过保存各个线程的 SimpleDateFormat 类对象的副本，使每个线程在运行时，各自使用自身绑定的 SimpleDateFormat 对象，互不干扰，执行性能比较高，推荐在高并发的生产环境使用。

DateTimeFormatter 是 Java 8 中提供的处理日期和时间的类，DateTimeFormatter 类本身就是线程安全的，经压测，DateTimeFormatter 类处理日期和时间的性能效果还不错。所以，推荐在高并发场景下的生产环境使用。

joda-time 是第三方处理日期和时间的类库，线程安全，性能经过高并发的考验，推荐在高并发场景下的生产环境使用。