SimpleDateFormat,Calendar 线程非安全的问题

SimpleDateFormat是Java中非常常见的一个类，用来解析和格式化日期字符串。但是SimpleDateFormat在多线程的环境并不是安全的，这个是很容易犯错的部分，接下来讲一下这个问题出现的过程以及解决的思路。

问题描述：
先看代码，用来获取一个月的天数的：

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Calendar;
import java.util.Date;

public class DateUtil {

    /**
     * 获取月份天数
     * @param time 201202
     * @return
     */
    public static int getDays(String time) throws Exception {
//        String time = "201202";
        SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyyMM");
        Date date = sdf.parse(time);
        Calendar c = Calendar.getInstance();
        c.setTime(date);
        int day = c.getActualMaximum(Calendar.DATE);
        return day;
    }
    
}

可以看到在这个方法里，每次要获取值的时候就先要创建一个SimpleDateFormat的实例，频繁调用这个方法的情况下很耗性能。为了避免大量实例的频繁创建和销毁，我们通常会使用单例模式或者静态变量进行改造，一般会这么改：

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Calendar;
import java.util.Date;

public class DateUtil {

        private static SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyyMM");

    /**
     * 获取月份天数
     * @param time 201202
     * @return
     */
    public static int getDays(String time) throws Exception {
//        String time = "201202";        
        Date date = sdf.parse(time);
        Calendar c = Calendar.getInstance();
        c.setTime(date);
        int day = c.getActualMaximum(Calendar.DATE);
        return day;
    }
    
}

此时不管调用多少次这个方法，java虚拟机里只有一个SimpleDateFormat对象，效率和性能肯定要比第一个方法好，这个也是很多程序员选择的方法。但是，在这个多线程的条件下，多个thread共享同一个SimpleDateFormat，而SimpleDateFormat本身又是线程非安全的，这样就很容易出各种问题。

验证问题：
用一个简单的例子验证一下多线程环境下SimpleDateFormat的运行结果：

import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class DateUtil {
    private static SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

    public static String format(Date date) {
        return dateFormat.format(date);
    }

    public static Date parse(String dateStr) throws ParseException {
        return dateFormat.parse(dateStr);
    }

    public static void main(String[] args) {
        final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
        final String[] strs = new String[] {"2016-01-01 10:24:00", "2016-01-02 20:48:00", "2016-01-11 12:24:00"};
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        latch.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    for (int i = 0; i < 10; i++){
                        try {
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "	" + parse(strs[i % strs.length]));
                            Thread.sleep(100);
                        } catch (ParseException e) {
                            e.printStackTrace();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }).start();
        }
        latch.countDown();
    }
}

看一下运行的结果：

Thread-9    Fri Jan 01 10:24:00 CST 2016
Thread-1    Sat Feb 25 00:48:00 CST 20162017
Thread-5    Sat Feb 25 00:48:00 CST 20162017
Exception in thread "Thread-4" Exception in thread "Thread-6" java.lang.NumberFormatException: For input string: "2002.E20022E"
    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:2162)
    at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514)
    at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364)
    at DateUtil.parse(DateUtil.java:24)
    at DateUtil$2.run(DateUtil.java:45)

那么为什么SimpleDateFormat不是线程安全的呢？

查找问题：

首先看一下SimpleDateFormat的源码：

private StringBuffer format(Date date, StringBuffer toAppendTo,
                            FieldDelegate delegate) {
    // Convert input date to time field list
    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;
}

可以看到format()方法先将日期存放到一个Calendar对象中，而这个Calendar在SimpleDateFormat中是以成员变量的形式存在的。随后调用subFormat()时会再次用到成员变量Calendar。这就是问题所在。同样，在parse()方法里也会存在相应的问题。
试想，在多线程环境下，如果两个线程都使用同一个SimpleDateFormat实例，那么就有可能存在其中一个线程修改了calendar后紧接着另一个线程也修改了calendar，那么随后第一个线程用到calendar时已经不是它所期待的值了。

避免问题：

那么，如何保证SimpleDateFormat的线程安全呢？
1.每次使用SimpleDateFormat时都创建一个局部的SimpleDateFormat对象，跟一开始的那个方法一样，但是存在性能上的问题，开销较大。
2.加锁或者同步

import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class DateSyncUtil {

    private static SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
      
    public static String formatDate(Date date)throws ParseException{
        synchronized(sdf){
            return sdf.format(date);
        }  
    }
    
    public static Date parse(String strDate) throws ParseException{
        synchronized(sdf){
            return sdf.parse(strDate);
        }
    } 
}

当线程较多时，当一个线程调用该方法时，其他想要调用此方法的线程就要block，多线程并发量大的时候会对性能有一定的影响。
3.使用ThreadLocal

public class DateUtil {
    private static ThreadLocal<SimpleDateFormat> local = new ThreadLocal<SimpleDateFormat>() {
        @Override
        protected SimpleDateFormat initialValue() {
            return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        }
    };

    public static String format(Date date) {
        return local.get().format(date);
    }

    public static Date parse(String dateStr) throws ParseException {
        return local.get().parse(dateStr);
    }
}

使用ThreadLocal可以确保每个线程都可以得到一个单独的SimpleDateFormat对象，既避免了频繁创建对象，也避免了多线程的竞争。