本文分享自華為雲社群《【高并發】更正SimpleDateFormat類線程不安全問題分析的錯誤(二)-雲社群-華為雲》,作者: 冰 河 。
解決SimpleDateFormat類在高并發場景下的線程安全問題可以有多種方式,這裡,就列舉幾個常用的方式供參考,大家也可以在評論區給出更多的解決方案。
1.局部變量法
最簡單的一種方式就是将SimpleDateFormat類對象定義成局部變量,如下所示的代碼,将SimpleDateFormat類對象定義在parse(String)方法的上面,即可解決問題。
package io.binghe.concurrent.lab06;
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 局部變量法解決SimpleDateFormat類的線程安全問題
*/
public class SimpleDateFormatTest02 {
//執行總次數
private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
//同時運作的線程數量
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("線程:" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
}catch (NumberFormatException e){
System.out.println("線程:" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
}
semaphore.release();
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("信号量發生錯誤");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
}
countDownLatch.countDown();
});
}
countDownLatch.await();
executorService.shutdown();
System.out.println("所有線程格式化日期成功");
}
}
此時運作修改後的程式,輸出結果如下所示。
所有線程格式化日期成功
至于在高并發場景下使用局部變量為何能解決線程的安全問題,會在【JVM專題】的JVM記憶體模式相關内容中深入剖析,這裡不做過多的介紹了。
當然,這種方式在高并發下會建立大量的SimpleDateFormat類對象,影響程式的性能,是以,這種方式在實際生産環境不太被推薦。
2.synchronized鎖方式
将SimpleDateFormat類對象定義成全局靜态變量,此時所有線程共享SimpleDateFormat類對象,此時在調用格式化時間的方法時,對SimpleDateFormat對象進行同步即可,代碼如下所示。
package io.binghe.concurrent.lab06;
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 通過Synchronized鎖解決SimpleDateFormat類的線程安全問題
*/
public class SimpleDateFormatTest03 {
//執行總次數
private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
//同時運作的線程數量
private static final int THREAD_COUNT = 20;
//SimpleDateFormat對象
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("線程:" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
}catch (NumberFormatException e){
System.out.println("線程:" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
}
semaphore.release();
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("信号量發生錯誤");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
}
countDownLatch.countDown();
});
}
countDownLatch.await();
executorService.shutdown();
System.out.println("所有線程格式化日期成功");
}
}
此時,解決問題的關鍵代碼如下所示。
synchronized (simpleDateFormat){
simpleDateFormat.parse("2020-01-01");
}
運作程式,輸出結果如下所示。
所有線程格式化日期成功
需要注意的是,雖然這種方式能夠解決SimpleDateFormat類的線程安全問題,但是由于在程式的執行過程中,為SimpleDateFormat類對象加上了synchronized鎖,導緻同一時刻隻能有一個線程執行parse(String)方法。此時,會影響程式的執行性能,在要求高并發的生産環境下,此種方式也是不太推薦使用的。
3.Lock鎖方式
Lock鎖方式與synchronized鎖方式實作原理相同,都是在高并發下通過JVM的鎖機制來保證程式的線程安全。通過Lock鎖方式解決問題的代碼如下所示。
package io.binghe.concurrent.lab06;
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 通過Lock鎖解決SimpleDateFormat類的線程安全問題
*/
public class SimpleDateFormatTest04 {
//執行總次數
private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
//同時運作的線程數量
private static final int THREAD_COUNT = 20;
//SimpleDateFormat對象
private static SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
//Lock對象
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("線程:" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
}catch (NumberFormatException e){
System.out.println("線程:" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
}finally {
lock.unlock();
}
semaphore.release();
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("信号量發生錯誤");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
}
countDownLatch.countDown();
});
}
countDownLatch.await();
executorService.shutdown();
System.out.println("所有線程格式化日期成功");
}
}
通過代碼可以得知,首先,定義了一個Lock類型的全局靜态變量作為加鎖和釋放鎖的句柄。然後在simpleDateFormat.parse(String)代碼之前通過lock.lock()加鎖。這裡需要注意的一點是:為防止程式抛出異常而導緻鎖不能被釋放,一定要将釋放鎖的操作放到finally代碼塊中,如下所示。
finally {
lock.unlock();
}
運作程式,輸出結果如下所示。
所有線程格式化日期成功
此種方式同樣會影響高并發場景下的性能,不太建議在高并發的生産環境使用。
4.ThreadLocal方式
使用ThreadLocal存儲每個線程擁有的SimpleDateFormat對象的副本,能夠有效的避免多線程造成的線程安全問題,使用ThreadLocal解決線程安全問題的代碼如下所示。
package io.binghe.concurrent.lab06;
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 通過ThreadLocal解決SimpleDateFormat類的線程安全問題
*/
public class SimpleDateFormatTest05 {
//執行總次數
private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
//同時運作的線程數量
private static final int THREAD_COUNT = 20;
private static ThreadLocal<DateFormat> threadLocal = new ThreadLocal<DateFormat>(){
@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("線程:" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
}catch (NumberFormatException e){
System.out.println("線程:" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
}
semaphore.release();
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("信号量發生錯誤");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
}
countDownLatch.countDown();
});
}
countDownLatch.await();
executorService.shutdown();
System.out.println("所有線程格式化日期成功");
}
}
通過代碼可以得知,将每個線程使用的SimpleDateFormat副本儲存在ThreadLocal中,各個線程在使用時互不幹擾,進而解決了線程安全問題。
運作程式,輸出結果如下所示。
所有線程格式化日期成功複制
此種方式運作效率比較高,推薦在高并發業務場景的生産環境使用。
另外,使用ThreadLocal也可以寫成如下形式的代碼,效果是一樣的。
package io.binghe.concurrent.lab06;
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 通過ThreadLocal解決SimpleDateFormat類的線程安全問題
*/
public class SimpleDateFormatTest06 {
//執行總次數
private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
//同時運作的線程數量
private static final int THREAD_COUNT = 20;
private static ThreadLocal<DateFormat> threadLocal = new ThreadLocal<DateFormat>();
private static DateFormat getDateFormat(){
DateFormat dateFormat = threadLocal.get();
if(dateFormat == null){
dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
threadLocal.set(dateFormat);
}
return dateFormat;
}
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 {
getDateFormat().parse("2020-01-01");
} catch (ParseException e) {
System.out.println("線程:" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
}catch (NumberFormatException e){
System.out.println("線程:" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
}
semaphore.release();
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("信号量發生錯誤");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
}
countDownLatch.countDown();
});
}
countDownLatch.await();
executorService.shutdown();
System.out.println("所有線程格式化日期成功");
}
}
5.DateTimeFormatter方式
DateTimeFormatter是Java8提供的新的日期時間API中的類,DateTimeFormatter類是線程安全的,可以在高并發場景下直接使用DateTimeFormatter類來處理日期的格式化操作。代碼如下所示。
package io.binghe.concurrent.lab06;
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 通過DateTimeFormatter類解決線程安全問題
*/
public class SimpleDateFormatTest07 {
//執行總次數
private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
//同時運作的線程數量
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("線程:" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
}
semaphore.release();
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("信号量發生錯誤");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
}
countDownLatch.countDown();
});
}
countDownLatch.await();
executorService.shutdown();
System.out.println("所有線程格式化日期成功");
}
}
可以看到,DateTimeFormatter類是線程安全的,可以在高并發場景下直接使用DateTimeFormatter類來處理日期的格式化操作。
運作程式,輸出結果如下所示。
所有線程格式化日期成功
使用DateTimeFormatter類來處理日期的格式化操作運作效率比較高,推薦在高并發業務場景的生産環境使用。
6.joda-time方式
joda-time是第三方處理日期時間格式化的類庫,是線程安全的。如果使用joda-time來處理日期和時間的格式化,則需要引入第三方類庫。這裡,以Maven為例,如下所示引入joda-time庫。
<dependency>
<groupId>joda-time</groupId>
<artifactId>joda-time</artifactId>
<version>2.9.9</version>
</dependency>
引入joda-time庫後,實作的程式代碼如下所示。
package io.binghe.concurrent.lab06;
import org.joda.time.DateTime;
import org.joda.time.format.DateTimeFormat;
import org.joda.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 通過DateTimeFormatter類解決線程安全問題
*/
public class SimpleDateFormatTest08 {
//執行總次數
private static final int EXECUTE_COUNT = 1000;
//同時運作的線程數量
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("線程:" + Thread.currentThread().getName() + " 格式化日期失敗");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
}
semaphore.release();
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("信号量發生錯誤");
e.printStackTrace();
System.exit(1);
}
countDownLatch.countDown();
});
}
countDownLatch.await();
executorService.shutdown();
System.out.println("所有線程格式化日期成功");
}
}
這裡,需要注意的是:DateTime類是org.joda.time包下的類,DateTimeFormat類和DateTimeFormatter類都是org.joda.time.format包下的類,如下所示。
import org.joda.time.DateTime;
import org.joda.time.format.DateTimeFormat;
import org.joda.time.format.DateTimeFormatter;
運作程式,輸出結果如下所示。
所有線程格式化日期成功
使用joda-time庫來處理日期的格式化操作運作效率比較高,推薦在高并發業務場景的生産環境使用。
解決SimpleDateFormat類的線程安全問題的方案總結
綜上所示:在解決解決SimpleDateFormat類的線程安全問題的幾種方案中,局部變量法由于線程每次執行格式化時間時,都會建立SimpleDateFormat類的對象,這會導緻建立大量的SimpleDateFormat對象,浪費運作空間和消耗伺服器的性能,因為JVM建立和銷毀對象是要耗費性能的。是以,不推薦在高并發要求的生産環境使用。
synchronized鎖方式和Lock鎖方式在處理問題的本質上是一緻的,通過加鎖的方式,使同一時刻隻能有一個線程執行格式化日期和時間的操作。這種方式雖然減少了SimpleDateFormat對象的建立,但是由于同步鎖的存在,導緻性能下降,是以,不推薦在高并發要求的生産環境使用。
ThreadLocal通過儲存各個線程的SimpleDateFormat類對象的副本,使每個線程在運作時,各自使用自身綁定的SimpleDateFormat對象,互不幹擾,執行性能比較高,推薦在高并發的生産環境使用。
DateTimeFormatter是Java 8中提供的處理日期和時間的類,DateTimeFormatter類本身就是線程安全的,經壓測,DateTimeFormatter類處理日期和時間的性能效果還不錯(後文單獨寫一篇關于高并發下性能壓測的文章)。是以,推薦在高并發場景下的生産環境使用。
joda-time是第三方處理日期和時間的類庫,線程安全,性能經過高并發的考驗,推薦在高并發場景下的生産環境使用。
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