SimpleDateFormat线程不安全及解决方案

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1 SimpleDateFormat介绍

SimpleDateFormat是DateFormat类的主要子类，用于日期格式的转换。

2 线程不安全的原因

DateFormat类中，有个protected的属性calendar，用于存储设置的时间。

/**
 * The {@link Calendar} instance used for calculating the date-time fields
 * and the instant of time. This field is used for both formatting and
 * parsing.
 *
 * <p>Subclasses should initialize this field to a {@link Calendar}
 * appropriate for the {@link Locale} associated with this
 * <code>DateFormat</code>.
 * @serial
 */
 protected Calendar calendar;

翻译过来就是：

用于计算日期-时间字段的{@link Calendar}实例和时间的瞬间。此字段用于格式化和解析。

子类应该将这个字段初始化为Calendar适用于与此关联的Locale

DateFormat中提供了很多共有方法去更改此属性，如下：

public void setCalendar(Calendar newCalendar)
{
    this.calendar = newCalendar;
}
public void setTimeZone(TimeZone zone)
{
    calendar.setTimeZone(zone);
}

即DateFromat中存有当前将要转换的时间信息，而不只是格式化相关的信息。

如将DateFormat设置为一个全局变量。时间转换都使用此变量进行转换，每次转换时间，都将更改此全局对象中的calendar信息。

多线程情况下会导致线程不安全的问题，即一个线程更改此属性后，在计算格式化或者换行成日期的过程中，其他线程对此属性进行了更改，导致计算报错，或者计算不正确。

此处说明下：

DateFormat本身设计的方式就不是多线程安全的。

我们常说SimpleDateFormat不是多线程安全的，其实指的就是DateFormat的问题。在JDK中SimpleDateFormat是DateFormat的唯一子类。

其他ja包中也存在DateFormat的子类，使用时也需要注意线程安全的问题，如poi中的org.apache.poi.ss.usermodel.ExcelStyleDateFormatter

3 错误信息

多线程环境下使用SimpleDateFormat进行日期转换，会出现两种错误信息：

（1）抛出异常

（2）计算错误

3.1 parse报错

测试多线程环境的的SimpleDateFormat的parse操作。

执行如下代码，进行多线程环境下的日期转换：

public class NumberFormatErrorTest {

    public static final DateFormat DATE_FORMAT=new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
    
    public static void main(String[] args) {
        for(int i=0;i<100;i++){
            new Thread(() -> {
                try {
                    Date date=DATE_FORMAT.parse("2020-04-04 12:00:00");
                    System.out.println(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(date));
                }catch (Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

3.1.1 异常信息

• 报错1

java.lang.NumberFormatException: multiple points
at sun.misc.FloatingDecimal.readJavaFormatString(FloatingDecimal.java:1890)
at sun.misc.FloatingDecimal.parseDouble(FloatingDecimal.java:110)
at java.lang.Double.parseDouble(Double.java:538)
at java.text.DigitList.getDouble(DigitList.java:169)
at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2056)
at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:1869)
at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514)
at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364)
at com.sa.module.test.threadlocal.NumberFormatErrorTest.lambda0(NumberFormatErrorTest.java:18)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

• 报错2

java.lang.NumberFormatException: For input string: "E.420022E"
at sun.misc.FloatingDecimal.readJavaFormatString(FloatingDecimal.java:2043)
at sun.misc.FloatingDecimal.parseDouble(FloatingDecimal.java:110)
at java.lang.Double.parseDouble(Double.java:538)
at java.text.DigitList.getDouble(DigitList.java:169)
at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2056)
at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:1869)
at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514)
at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364)
at com.sa.module.test.threadlocal.NumberFormatErrorTest.lambda0(NumberFormatErrorTest.java:18)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

• 报错3

java.lang.NumberFormatException: For input string: ""
at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65)
at java.lang.Long.parseLong(Long.java:601)
at java.lang.Long.parseLong(Long.java:631)
at java.text.DigitList.getLong(DigitList.java:195)
at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2051)
at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:1869)
at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514)
at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364)
at com.sa.module.test.threadlocal.NumberFormatErrorTest.lambda0(NumberFormatErrorTest.java:18)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

3.1.3 计算错误信息

按照上述代码，输出的日期，都应该为2020-04-04 12:00:00，但是多线程环境下运行，出现如下错误的计算结果：

2020-03-31 12:00:00

2020-04-04 00:00:00

2031-10-02 12:00:00

4202-04-04 12:00:00

可以看出，多线程情况下，SimpleDateFormat的计算结果，存在很大一部分几率计算错误，而且计算结果都是未知的。

3.2 format报错

待验证。。。。。。

4 解决方案

4.1 每次创建新的DateFormat

每次新线程内的操作，需要用到SimpleDateFormat时，都new 新的。

public class NumberFormatOk1Test {
    public static void main(String[] args) {
        for(int i=0;i<100;i++){
            new Thread(() -> {
                try {
                    DateFormat dateFormat=new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
                    Date date=dateFormat.parse("2020-04-04 12:00:00");
                    System.out.println(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(date));
                }catch (Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

4.2 线程内变量ThreadLocal

public class NumberFormatOk2Test {
    private static final ThreadLocal<DateFormat> THREAD_LOCALE=new ThreadLocal<DateFormat>(){
        @Override
        protected DateFormat initialValue() {
            return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        }
    };
    
    public static void main(String[] args) {
        for(int i=0;i<100;i++){
            new Thread(() -> {
                try {
                    Date date=THREAD_LOCALE.get().parse("2020-04-04 12:00:00");
                    System.out.println(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(date));
                }catch (Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }finally {
                    THREAD_LOCALE.remove();
                }
            }).start();
        }
    }
}

4.2 线程安全的 DateTimeFormatter

JDK8中提供了线程安全的日期转换类DateTimeFormatter。