解決Java中SimpleDateFormat線(xiàn)程不安全的五種方案

目錄

1.什么是線(xiàn)程不安全？

線(xiàn)程不安全也叫非線(xiàn)程安全，是指多線(xiàn)程執行中，程序的執行結果和預期的結果不符的情況就叫做線(xiàn)程不安全。

線(xiàn)程不安全的代碼

SimpleDateFormat 就是一個(gè)典型的線(xiàn)程不安全事例，接下來(lái)我們動(dòng)手來(lái)實(shí)現一下。首先我們先創(chuàng )建 10 個(gè)線(xiàn)程來(lái)格式化時(shí)間，時(shí)間格式化每次傳遞的待格式化時(shí)間都是不同的，所以程序如果正確執行將會(huì )打印 10 個(gè)不同的值，接下來(lái)我們來(lái)看具體的代碼實(shí)現：

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class SimpleDateFormatExample {
    // 創(chuàng  )建 SimpleDateFormat 對象
    private static SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("mm:ss");

    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng  )建線(xiàn)程池
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
        // 執行 10 次時(shí)間格式化
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int finalI = i;
            // 線(xiàn)程池執行任務(wù)
            threadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    // 創(chuàng  )建時(shí)間對象
                    Date date = new Date(finalI * 1000);
                    // 執行時(shí)間格式化并打印結果
                    System.out.println(simpleDateFormat.format(date));
                }
            });
        }
    }
}

我們預期的正確結果是這樣的（10 次打印的值都不同）：

然而，以上程序的運行結果卻是這樣的：

從上述結果可以看出，當在多線(xiàn)程中使用 SimpleDateFormat 進(jìn)行時(shí)間格式化是線(xiàn)程不安全的。

2.解決方案

SimpleDateFormat 線(xiàn)程不安全的解決方案總共包含以下 5 種：

• 將 SimpleDateFormat 定義為局部變量；
• 使用 synchronized 加鎖執行；
• 使用 Lock 加鎖執行（和解決方案 2 類(lèi)似）；
• 使用 ThreadLocal；
• 使用 JDK 8 中提供的 DateTimeFormat。

接下來(lái)我們分別來(lái)看每種解決方案的具體實(shí)現。

① 將SimpleDateFormat變?yōu)榫植孔兞?br />

將 SimpleDateFormat 定義為局部變量時(shí)，因為每個(gè)線(xiàn)程都是獨享 SimpleDateFormat 對象的，相當于將多線(xiàn)程程序變成“單線(xiàn)程”程序了，所以不會(huì )有線(xiàn)程不安全的問(wèn)題，具體實(shí)現代碼如下：

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class SimpleDateFormatExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng  )建線(xiàn)程池
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
        // 執行 10 次時(shí)間格式化
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int finalI = i;
            // 線(xiàn)程池執行任務(wù)
            threadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    // 創(chuàng  )建 SimpleDateFormat 對象
                    SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("mm:ss");
                    // 創(chuàng  )建時(shí)間對象
                    Date date = new Date(finalI * 1000);
                    // 執行時(shí)間格式化并打印結果
                    System.out.println(simpleDateFormat.format(date));
                }
            });
        }
        // 任務(wù)執行完之后關(guān)閉線(xiàn)程池
        threadPool.shutdown();
    }
}

以上程序的執行結果為：

當打印的結果都不相同時(shí)，表示程序的執行是正確的，從上述結果可以看出，將 SimpleDateFormat 定義為局部變量之后，就可以成功的解決線(xiàn)程不安全問(wèn)題了。

② 使用synchronized加鎖

鎖是解決線(xiàn)程不安全問(wèn)題最常用的手段，接下來(lái)我們先用 synchronized 來(lái)加鎖進(jìn)行時(shí)間格式化，實(shí)現代碼如下：

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class SimpleDateFormatExample2 {
    // 創(chuàng  )建 SimpleDateFormat 對象
    private static SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("mm:ss");

    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng  )建線(xiàn)程池
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
        // 執行 10 次時(shí)間格式化
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int finalI = i;
            // 線(xiàn)程池執行任務(wù)
            threadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    // 創(chuàng  )建時(shí)間對象
                    Date date = new Date(finalI * 1000);
                    // 定義格式化的結果
                    String result = null;
                    synchronized (simpleDateFormat) {
                        // 時(shí)間格式化
                        result = simpleDateFormat.format(date);
                    }
                    // 打印結果
                    System.out.println(result);
                }
            });
        }
        // 任務(wù)執行完之后關(guān)閉線(xiàn)程池
        threadPool.shutdown();
    }
}

以上程序的執行結果為：

③ 使用Lock加鎖

在 Java 語(yǔ)言中，鎖的常用實(shí)現方式有兩種，除了 synchronized 之外，還可以使用手動(dòng)鎖 Lock，接下來(lái)我們使用 Lock 來(lái)對線(xiàn)程不安全的代碼進(jìn)行改造，實(shí)現代碼如下：

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * Lock 解決線(xiàn)程不安全問(wèn)題
 */
public class SimpleDateFormatExample3 {
    // 創(chuàng  )建 SimpleDateFormat 對象
    private static SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("mm:ss");

    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng  )建線(xiàn)程池
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
        // 創(chuàng  )建 Lock 鎖
        Lock lock = new ReentrantLock();
        // 執行 10 次時(shí)間格式化
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int finalI = i;
            // 線(xiàn)程池執行任務(wù)
            threadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    // 創(chuàng  )建時(shí)間對象
                    Date date = new Date(finalI * 1000);
                    // 定義格式化的結果
                    String result = null;
                    // 加鎖
                    lock.lock();
                    try {
                        // 時(shí)間格式化
                        result = simpleDateFormat.format(date);
                    } finally {
                        // 釋放鎖
                        lock.unlock();
                    }
                    // 打印結果
                    System.out.println(result);
                }
            });
        }
        // 任務(wù)執行完之后關(guān)閉線(xiàn)程池
        threadPool.shutdown();
    }
}

以上程序的執行結果為：

從上述代碼可以看出，手動(dòng)鎖的寫(xiě)法相比于 synchronized 要繁瑣一些。

④ 使用ThreadLocal

加鎖方案雖然可以正確的解決線(xiàn)程不安全的問(wèn)題，但同時(shí)也引入了新的問(wèn)題，加鎖會(huì )讓程序進(jìn)入排隊執行的流程，從而一定程度的降低了程序的執行效率，如下圖所示：

那有沒(méi)有一種方案既能解決線(xiàn)程不安全的問(wèn)題，同時(shí)還可以避免排隊執行呢？

答案是有的，可以考慮使用 ThreadLocal。ThreadLocal 翻譯為中文是線(xiàn)程本地變量的意思，字如其人 ThreadLocal 就是用來(lái)創(chuàng )建線(xiàn)程的私有（本地）變量的，每個(gè)線(xiàn)程擁有自己的私有對象，這樣就可以避免線(xiàn)程不安全的問(wèn)題了，實(shí)現如下：

知道了實(shí)現方案之后，接下來(lái)我們使用具體的代碼來(lái)演示一下 ThreadLocal 的使用，實(shí)現代碼如下：

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * ThreadLocal 解決線(xiàn)程不安全問(wèn)題
 */
public class SimpleDateFormatExample4 {
    // 創(chuàng  )建 ThreadLocal 對象，并設置默認值（new SimpleDateFormat）
    private static ThreadLocal<SimpleDateFormat> threadLocal =
            ThreadLocal.withInitial(() -> new SimpleDateFormat("mm:ss"));

    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng  )建線(xiàn)程池
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
        // 執行 10 次時(shí)間格式化
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int finalI = i;
            // 線(xiàn)程池執行任務(wù)
            threadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    // 創(chuàng  )建時(shí)間對象
                    Date date = new Date(finalI * 1000);
                    // 格式化時(shí)間
                    String result = threadLocal.get().format(date);
                    // 打印結果
                    System.out.println(result);
                }
            });
        }
        // 任務(wù)執行完之后關(guān)閉線(xiàn)程池
        threadPool.shutdown();
    }
}

以上程序的執行結果為：

ThreadLocal和局部變量的區別

首先來(lái)說(shuō) ThreadLocal 不等于局部變量，這里的“局部變量”指的是像 2.1 示例代碼中的局部變量， ThreadLocal 和局部變量最大的區別在于：ThreadLocal 屬于線(xiàn)程的私有變量，如果使用的是線(xiàn)程池，那么 ThreadLocal 中的變量是可以重復使用的，而代碼級別的局部變量，每次執行時(shí)都會(huì )創(chuàng )建新的局部變量，二者區別如下圖所示：

更多關(guān)于 ThreadLocal 的內容，可以訪(fǎng)問(wèn)磊哥前面的文章《》。

⑤ 使用DateTimeFormatter

以上 4 種解決方案都是因為 SimpleDateFormat 是線(xiàn)程不安全的，所以我們需要加鎖或者使用 ThreadLocal 來(lái)處理，然而，JDK 8 之后我們就有了新的選擇，如果使用的是 JDK 8+ 版本，就可以直接使用 JDK 8 中新增的、安全的時(shí)間格式化工具類(lèi) DateTimeFormatter 來(lái)格式化時(shí)間了，接下來(lái)我們來(lái)具體實(shí)現一下。

使用 DateTimeFormatter 必須要配合 JDK 8 中新增的時(shí)間對象 LocalDateTime 來(lái)使用，因此在操作之前，我們可以先將 Date 對象轉換成 LocalDateTime，然后再通過(guò) DateTimeFormatter 來(lái)格式化時(shí)間，具體實(shí)現代碼如下：

import java.time.LocalDateTime;
import java.time.ZoneId;
import java.time.format.DateTimeFormatter;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * DateTimeFormatter 解決線(xiàn)程不安全問(wèn)題
 */
public class SimpleDateFormatExample5 {
    // 創(chuàng  )建 DateTimeFormatter 對象
    private static DateTimeFormatter dateTimeFormatter = DateTimeFormatter.ofPattern("mm:ss");

    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng  )建線(xiàn)程池
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
        // 執行 10 次時(shí)間格式化
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int finalI = i;
            // 線(xiàn)程池執行任務(wù)
            threadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    // 創(chuàng  )建時(shí)間對象
                    Date date = new Date(finalI * 1000);
                    // 將 Date 轉換成 JDK 8 中的時(shí)間類(lèi)型 LocalDateTime
                    LocalDateTime localDateTime =
                            LocalDateTime.ofInstant(date.toInstant(), ZoneId.systemDefault());
                    // 時(shí)間格式化
                    String result = dateTimeFormatter.format(localDateTime);
                    // 打印結果
                    System.out.println(result);
                }
            });
        }
        // 任務(wù)執行完之后關(guān)閉線(xiàn)程池
        threadPool.shutdown();
    }
}

以上程序的執行結果為：

3.線(xiàn)程不安全原因分析

要了解 SimpleDateFormat 為什么是線(xiàn)程不安全的？我們需要查看并分析 SimpleDateFormat 的源碼才行，那我們先從使用的方法 format 入手，源碼如下：

private StringBuffer format(Date date, StringBuffer toAppendTo,
                                FieldDelegate delegate) {
    // 注意此行代碼
    calendar.setTime(date);

    boolean useDateFormatSymbols = useDateFormatSymbols();

    for (int i = 0; i < compiledPattern.length; ) {
        int tag = compiledPattern[i] >>> 8;
        int count = compiledPattern[i++] & 0xff;
        if (count == 255) {
            count = compiledPattern[i++] << 16;
            count |= compiledPattern[i++];
        }

        switch (tag) {
            case TAG_QUOTE_ASCII_CHAR:
                toAppendTo.append((char)count);
                break;

            case TAG_QUOTE_CHARS:
                toAppendTo.append(compiledPattern, i, count);
                i += count;
                break;

            default:
                subFormat(tag, count, delegate, toAppendTo, useDateFormatSymbols);
                break;
        }
    }
    return toAppendTo;
}

也許是好運使然，沒(méi)想到剛開(kāi)始分析第一個(gè)方法就找到了線(xiàn)程不安全的問(wèn)題所在。

從上述源碼可以看出，在執行 SimpleDateFormat.format 方法時(shí)，會(huì )使用 calendar.setTime 方法將輸入的時(shí)間進(jìn)行轉換，那么我們想象一下這樣的場(chǎng)景：

• 線(xiàn)程 1 執行了 calendar.setTime(date) 方法，將用戶(hù)輸入的時(shí)間轉換成了后面格式化時(shí)所需要的時(shí)間；
• 線(xiàn)程 1 暫停執行，線(xiàn)程 2 得到 CPU 時(shí)間片開(kāi)始執行；
• 線(xiàn)程 2 執行了 calendar.setTime(date) 方法，對時(shí)間進(jìn)行了修改；
• 線(xiàn)程 2 暫停執行，線(xiàn)程 1 得出 CPU 時(shí)間片繼續執行，因為線(xiàn)程 1 和線(xiàn)程 2 使用的是同一對象，而時(shí)間已經(jīng)被線(xiàn)程 2 修改了，所以此時(shí)當線(xiàn)程 1 繼續執行的時(shí)候就會(huì )出現線(xiàn)程安全的問(wèn)題了。

正常的情況下，程序的執行是這樣的：

非線(xiàn)程安全的執行流程是這樣的：

在多線(xiàn)程執行的情況下，線(xiàn)程 1 的 date1 和線(xiàn)程 2 的 date2，因為執行順序的問(wèn)題，最終都被格式化成 date2 formatted，而非線(xiàn)程 1 date1 formatted 和線(xiàn)程 2 date2 formatted，這樣就會(huì )導致線(xiàn)程不安全的問(wèn)題。

4.各方案優(yōu)缺點(diǎn)總結

如果使用的是 JDK 8+ 版本，可以直接使用線(xiàn)程安全的 DateTimeFormatter 來(lái)進(jìn)行時(shí)間格式化，如果使用的 JDK 8 以下版本或者改造老的 SimpleDateFormat 代碼，可以考慮使用 synchronized 或 ThreadLocal 來(lái)解決線(xiàn)程不安全的問(wèn)題。因為實(shí)現方案 1 局部變量的解決方案，每次執行的時(shí)候都會(huì )創(chuàng )建新的對象，因此不推薦使用。synchronized 的實(shí)現比較簡(jiǎn)單，而使用 ThreadLocal 可以避免加鎖排隊執行的問(wèn)題。

到此這篇關(guān)于解決Java中SimpleDateFormat線(xiàn)程不安全的五種方案的文章就介紹到這了,更多相關(guān)SimpleDateFormat線(xiàn)程不安全內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！