本文详细介绍了Java中的SimpleDateFormat类在多线程环境下存在的线程安全问题，通过分析问题原因和重现问题场景，指出在并发情况下使用静态的SimpleDateFormat会引发数据混乱。为了解决这个问题，文章提出了使用ThreadLocal来存储线程局部的SimpleDateFormat实例，以确保每个线程都有自己独立的SimpleDateFormat，避免资源浪费和线程安全问题。同时，通过示例代码展示了ThreadLocal的使用方法及其效果。
SimpleDateFormat的线程安全问题与解决方案
- 原因
SimpleDateFormat(下面简称sdf)类内部有一个Calendar对象引用,它用来储存和这个sdf相关的日期信息,例如sdf.parse(dateStr), sdf.format(date) 诸如此类的方法参数传入的日期相关String, Date等等, 都是交友Calendar引用来储存的.这样就会导致一个问题,如果你的sdf是个static的, 那么多个thread 之间就会共享这个sdf, 同时也是共享这个Calendar引用, 并且, 观察 sdf.parse() 方法,你会发现有如下的调用:
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Date parse() {
calendar.clear(); // 清理calendar
… // 执行一些操作, 设置 calendar 的日期什么的
calendar.getTime(); // 获取calendar的时间
}
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这里会导致的问题就是, 如果 线程A 调用了 sdf.parse(), 并且进行了 calendar.clear()后还未执行calendar.getTime()的时候,线程B又调用了sdf.parse(), 这时候线程B也执行了sdf.clear()方法, 这样就导致线程A的的calendar数据被清空了(实际上A,B的同时被清空了). 又或者当 A 执行了calendar.clear() 后被挂起, 这时候B 开始调用sdf.parse()并顺利i结束, 这样 A 的 calendar内存储的的date 变成了后来B设置的calendar的date
- 问题重现
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import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
-
@author zhenwei.liu created on 2013 13-8-29 下午5:35
-
@version IdIdId
*/
public class DateFormatTest extends Thread {
private static SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat(“yyyy-MM-dd”);private String name;
private String dateStr;
private boolean sleep;public DateFormatTest(String name, String dateStr, boolean sleep) {
this.name = name;
this.dateStr = dateStr;
this.sleep = sleep;
}@Override
public void run() {Date date = null; if (sleep) { try { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } try { date = sdf.parse(dateStr); } catch (ParseException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(name + " : date: " + date);}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool(); // A 会sleep 2s 后开始执行sdf.parse() executor.execute(new DateFormatTest("A", "1991-09-13", true)); // B 打了断点,会卡在方法中间 executor.execute(new DateFormatTest("B", "2013-09-13", false)); executor.shutdown();}
}
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使用Debug模式执行这段代码,并在sdf.parse()方法里打上断点
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parse() {
calendar.clear()
// 这里打一个断点
calendar.getTime()
}
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过程:
-
首先A线程跑起来以后会进入sleep
-
B线程跑起来, 卡在断点处
-
A线程醒过来, 执行 calendar.clear(), 并将设置sdf.calendar的date为1991-09-13, 此时 A B 的 calendar 都为 1991-09-13
-
让断点继续执行, 输出如下
A : date: Fri Sep 13 00:00:00 CDT 1991
B : date: Fri Sep 13 00:00:00 CDT 1991
这并不是我们期待的结果
- 解决方案
最简单的解决方案我们可以把static去掉,这样每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
然而,使用这种方法,在高并发的情况下会大量的new sdf以及销毁sdf,这样是非常耗费资源的
在并发情况下,网站的请求任务与线程执行情况大概可以理解为如下
例如Tomcat的线程池的最大Thread数为4, 现在需要执行的任务有1000个(理解为有1000个用户点了你的网站的某个功能),
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的解决方案,它的工作方式是,每个线程只会有一个实例,也就是说我们执行完这1000个任务,总共只会实例化4个sdf.
而且,它并不会有多线程的并发问题,因为,单个线程执行任务肯定是顺序的,例如Thread #1负责执行Task #1-#250, 那么他是顺序而执行Task #1-#250
而Thread #2拥有自己的sdf实例,他也是顺序执行任务 Task #251-#500, 以此类推
下面是一个使用ThreadLocal解决sdf多线程问题的例子
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import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
/**
-
@author zhenwei.liu created on 2013 13-8-29 下午5:35
-
@version IdIdId
*/
public class DateUtil {/** 锁对象 */
private static final Object lockObj = new Object();/** 存放不同的日期模板格式的sdf的Map */
private static Map<String, ThreadLocal> sdfMap = new HashMap<String, ThreadLocal>();/**
-
返回一个ThreadLocal的sdf,每个线程只会new一次sdf
-
@param pattern
-
@return
*/
private static SimpleDateFormat getSdf(final String pattern) {
ThreadLocal tl = sdfMap.get(pattern);// 此处的双重判断和同步是为了防止sdfMap这个单例被多次put重复的sdf
if (tl == null) {
synchronized (lockObj) {
tl = sdfMap.get(pattern);
if (tl == null) {
// 只有Map中还没有这个pattern的sdf才会生成新的sdf并放入map
System.out.println(“put new sdf of pattern " + pattern + " to map”);// 这里是关键,使用ThreadLocal<SimpleDateFormat>替代原来直接new SimpleDateFormat tl = new ThreadLocal<SimpleDateFormat>() { @Override protected SimpleDateFormat initialValue() { System.out.println("thread: " + Thread.currentThread() + " init pattern: " + pattern); return new SimpleDateFormat(pattern); } }; sdfMap.put(pattern, tl); } }}
return tl.get();
}
/**
- 是用ThreadLocal来获取SimpleDateFormat,这样每个线程只会有一个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);
} -
}
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测试类
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import java.text.ParseException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
-
@author zhenyu.nie created on 2013 13-8-26 下午2:13
-
@version 1.0.0
*/
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("单线程执行: "); 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("双线程执行: "); 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();
}
}
}
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输出
单线程执行:
put new sdf of pattern yyyy-MM-dd to map
thread: Thread[pool-1-thread-1,5,main] init pattern: yyyy-MM-dd
put new sdf of pattern yyyy-MM to map
thread: Thread[pool-1-thread-1,5,main] init pattern: yyyy-MM
双线程执行:
thread: Thread[pool-2-thread-1,5,main] init pattern: yyyy-MM-dd
thread: Thread[pool-2-thread-2,5,main] init pattern: yyyy-MM
thread: Thread[pool-2-thread-1,5,main] init pattern: yyyy-MM
thread: Thread[pool-2-thread-2,5,main] init pattern: yyyy-MM-dd
从输出我们可以看出:
-
1个线程执行这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,并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个线程执行6个任务的时候也是同理,但是2个线程的sdf是分开的,每个线程都有自己的"yyyy-MM-dd", "yyyy-MM"的sdf,所以他们不会有线程安全安全问题
试想,如果使用的是new的实现方法,那么不管是用1个线程去执行,还是用2个线程去执行这6个任务,都需要new 6个sdf
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