关于SimpleDateFormat线程安全问题根因探究原创
2年前
632069
一. 问题现象
运营部门反馈使用小程序配置的拉新现金红包活动二维码，在扫码后跳转至404页面。
二. 原因排查
1. 首先，检查扫码后的跳转链接地址不是对应二维码的实际URL，根据代码逻辑推测，可能是accessToken在微信端已失效导致，检查数据发现，数据库存储的accessToken过期时间为2022-11-29（排查问题当日为2022-10-08），发现过期时间太长，导致accessToken未刷新导致。
- 2. 接下来，继续排查造成这一问题的真正原因。排查日志发现更新sql语句对应的的过期时间与数据库记录的一致，推测赋值代码存在问题，如下。
tokenInfo.setExpireTime(simpleDateFormat.parse(token.getString("expireTime")));
其中，simpleDateFormat在代码中定义是该类的成员变量。
3. 跟踪代码后发现源码中有明确说明SimpleDateFormat不应该应用于多线程场景下。
Synchronization
//SimpleDateFormat中的日期格式化不是同步的。
Date formats are not synchronized.
//建议为每个线程创建独立的格式实例。
It is recommended to create separate format instances for each thread.
//如果多个线程同时访问一个格式，则它必须保持外部同步。
If multiple threads access a format concurrently, it must be synchronized externally. - 4. 至此，基本可以判断是simpleDateFormat.parse在多线程情况下造成错误的过期时间入库，导致accesstoken无法正常更新。
三. 原因分析
1. 接下来写个测试类来模拟：
@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
public class SimpleDateFormatTest {
SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
/**
* 定义线程池
**/
private static final ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(16,
20,
0L,
TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingDeque<>(1024),
new ThreadFactoryBuilder().setNamePrefix("[线程]").build(),
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
);
@SneakyThrows
@Test
public void testParse() {
Set<String> results = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
// 每个线程都对相同字符串执行“parse日期字符串”的操作，当THREAD_NUMBERS个线程执行完毕后，应该有且仅有一个相同的结果才是正确的
String initialDateStr = "2022-10-08 18:30:01";
for (int i = 0; i < 20; i++) {
threadPool.execute(() -> {
Date parse = null;
try {
parse = simpleDateFormat.parse(initialDateStr);
} catch (ParseException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + parse);
});
}
threadPool.shutdown();
threadPool.awaitTermination(1, TimeUnit.HOURS);
}
}运行结果如下：
[线程]5---Sat Jan 08 18:30:01 CST 2000
[线程]0---Wed Oct 08 18:30:01 CST 2200
[线程]4---Sat Oct 08 18:30:01 CST 2022
Exception in thread "[线程]3" 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:2089)
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.SimpleDateFormatTest.lambda$testParse$0(SimpleDateFormatTest.java:49)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
[线程]6---Sat Oct 08 18:30:01 CST 2022
[线程]11---Wed Mar 15 18:30:01 CST 2045
Exception in thread "[线程]2" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 275
at sun.util.calendar.BaseCalendar.getCalendarDateFromFixedDate(BaseCalendar.java:453)
at java.util.GregorianCalendar.computeFields(GregorianCalendar.java:2397)
at java.util.GregorianCalendar.computeTime(GregorianCalendar.java:2818)
at java.util.Calendar.updateTime(Calendar.java:3393)
at java.util.Calendar.getTimeInMillis(Calendar.java:1782)
at java.util.Calendar.getTime(Calendar.java:1755)
at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1532)
at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364)
at com.SimpleDateFormatTest.lambda$testParse$0(SimpleDateFormatTest.java:49)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
[线程]6---Fri Oct 01 18:30:01 CST 8202
[线程]12---Sat Oct 08 18:30:01 CST 2022
Exception in thread "[线程]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:2089)
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.SimpleDateFormatTest.lambda$testParse$0(SimpleDateFormatTest.java:49)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
[线程]0---Sat Oct 08 18:30:01 CST 2022
[线程]12---Sat Oct 08 18:30:01 CST 2022
[线程]13---Sat Oct 08 18:30:01 CST 2022
[线程]18---Sat Oct 08 18:30:01 CST 2022
[线程]6---Sat Oct 01 18:30:01 CST 2022
[线程]7---Sat Oct 08 18:30:01 CST 2022
[线程]10---Sat Oct 08 18:30:01 CST 2022
[线程]15---Sat Oct 08 18:00:01 CST 2022
[线程]17---Sat Oct 08 18:30:01 CST 2022
[线程]14---Sat Oct 08 18:30:01 CST 2022
预期结果个数 1---实际结果个数7不仅有的线程结果不正确，甚至还有一些线程还出现了异常！
2. 为什么SimpleDateFormat类不是线程安全的？
SimpleDateFormat继承了DateFormat，DateFormat内部有一个Calendar对象的引用，主要用来存储和SimpleDateFormat相关的日期信息。
SimpleDateFormat对parse()方法的实现。关键代码如下：
@Override
public Date parse(String text, ParsePosition pos) {
...省略中间代码
Date parsedDate;
try {
...
parsedDate = calb.establish(calendar).getTime();
} catch (IllegalArgumentException e) {
...
}
return parsedDate;
}establish()的实现如下：
Calendar establish(Calendar cal) {
...省略中间代码
cal.clear();
for (int stamp = MINIMUM_USER_STAMP; stamp < nextStamp; stamp++) {
for (int index = 0; index <= maxFieldIndex; index++) {
if (field[index] == stamp) {
cal.set(index, field[MAX_FIELD + index]);
break;
}
}
}
...
return cal;
}在多个线程共享SimpleDateFormat时，同时也共享了Calendar引用，在如上代码中，calendar首先会进行clear()操作，然后进行set操作，在多线程情况下，set操作会覆盖之前的值，而且在后续对日期进行操作时，也可能会因为clear操作被清除导致异常。
四. 解决方案
1. 将SimpleDateFormat定义成局部变量，每次使用时都new一个新对象，频繁创建对象消耗大，性能影响一些（JDK文档推荐此做法）
public static Date parse(String strDate) throws ParseException {
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
return sdf.parse(strDate);
}2. 维护一个SimpleDateFormat实体，转换方法上使用 Synchronized 保证线程安全：多线程堵塞（并发大系统不推荐）
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);
}
} 3. 使用ThreadLocal : 线程独享不堵塞，并且减少创建对象的开销（如果对性能要求比较高的情况，推荐这种方式）。
public static ThreadLocal<DateFormat> threadLocal = ThreadLocal.withInitial(
() -> new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")
);
public static Date parse(String strDate) throws ParseException {
return threadLocal.get().parse(strDate);
}4. DateTimeFormatter是Java8提供的新的日期时间API中的类，DateTimeFormatter类是线程安全的，可以在高并发场景下直接使用。
String dateTimeStr= "2016-10-25 12:00:00";
DateTimeFormatter formatter02 = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
LocalDateTime localDateTime = LocalDateTime.parse(dateTimeStr,formatter02);
System.out.println(localDateTime);
String format = localDateTime.format(formatter02);
System.out.println(format);
2016-10-25T12:00
2016-10-25 12:00:00最终，我们根据实际情况公共包DateUtil类提供的strConvertDate方法，原理是按照方案1来解决该问题。
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