目录
又是风和日丽的一天，我正在快乐的写着bug，突然感觉到背后一阵凉风吹过，我感觉肯定有大事发生，我转头一看，果然，小明笑嘻嘻的站在我身后，边笑边说：哥，忙吗？不忙的话帮我看个问题呗！每次他的问题都十分诡异，不过身为同事，还是应该相互帮助的，我决定与他一起看看他的问题。
SimpleDateFormat诡异bug
SimpleDateFormat应该是我们开发中使用比较多的工具类了吧，小明也在项目中使用到了，但就是这个工具类让小明痛苦了好长一段时间，为什么呢？那是因为测试工程师的小哥哥们在辛劳的做着接口性能测试，但是发现有些接口返回的日期时间是错乱的，不符合实际结果，这个时候，禅道中就多出了一道美丽的风景线，那就是bug：在并发接口测试中，日期返回的数据偶尔错误。
就是这么一个bug，让小明郁闷了好长一段时间，实在找不到解决方案，这才找到了我，我来看了他的业务代码之后，发现他使用了SimpleDateFormat这个工具类来格式化时间， 并且还是静态的，这个时候我就知道为什么平时做功能测试的时候没有问题，在做性能测试的时候bug就出来了，小明也是刚毕业不久，对多线程这一块不是怎么的熟悉，所以这个也不能怪他，我们现在使用demo来复现一下SimpleDateFormat的诡异bug吧。
复现SimpleDateFormat诡异bug
我这里将使用demo的形式来复现一下SimpleDateFormat存在的bug。
字符串日期转Date日期（parse）
package com.ymy.test;
import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
public class SimpleDateFormatBugTest {
private static SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
private static Date parse(String date){
Date parse = null;
try {
return sdf.parse(date);
} catch (ParseException e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(() -> {
Date parse = parse("2020-12-12 12:12:12");
System.out.println("当前日期：" + parse);
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
Date parse = parse("2020-12-12 12:12:12");
System.out.println("当前日期：" + parse);
});
Thread t3 = new Thread(() -> {
Date parse = parse("2018-10-10 10:10:10");
System.out.println("当前日期：" + parse);
});
t1.start();
t2.start();
t3.start();
try {
t1.join();
t2.join();
t3.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("线程执行完毕");
}
}
执行结果
Exception in thread "Thread-2" Exception in thread "Thread-0" java.lang.NumberFormatException: For input string: ".1102E.1102E22"
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: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.ymy.test.SimpleDateFormatBugTest.parse(SimpleDateFormatBugTest.java:33)
at com.ymy.test.SimpleDateFormatBugTest.lambda$main$2(SimpleDateFormatBugTest.java:56)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
java.lang.NumberFormatException: For input string: ".1102E.1102E22"
at sun.misc.FloatingDecimal.readJavaFormatString(FloatingDecimal.java:2043)
at sun.misc.FloatingDecimal.parseDouble(FloatingDecimal.java:110)
at java.lang.Double.parseDouble(Double.java:538)
at java.text.DigitList.getDouble(DigitList.java:169)
at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2089)
at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:1869)
at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514)
at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364)
at com.ymy.test.SimpleDateFormatBugTest.parse(SimpleDateFormatBugTest.java:33)
at com.ymy.test.SimpleDateFormatBugTest.lambda$main$0(SimpleDateFormatBugTest.java:45)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
当前日期：Sat Dec 12 12:12:12 CST 2020
线程执行完毕
Process finished with exit code 0
Date日期转String类型（format）
package com.ymy.test;
import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
public class SimpleDateFormatTest {
private static SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
private static Date d1 = null;
private static Date d2 = null;
private static Date d3 = null;
static {
try {
d1 = sdf.parse("2020-12-12 12:12:12");
d2 =sdf.parse("2019-11-11 11:11:11");
d3 =sdf.parse("2018-10-10 10:10:10");
} catch (ParseException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(() -> {
String parse = sdf.format(d1);
System.out.println("当前日期：" + parse);
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
String parse = sdf.format(d2);
System.out.println("当前日期：" + parse);
});
Thread t3 = new Thread(() -> {
String parse = sdf.format(d3);
System.out.println("当前日期：" + parse);
});
t1.start();
t2.start();
t3.start();
try {
t1.join();
t2.join();
t3.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
使用三个线程分别对2020-12-12 12:12:12、2019-11-11 11:11:11、2018-10-10 10:10:10的Date格式转字符串格式的操作，我们在静态代码块中初始化了Date格式的数据，然后使用三个线程分别对他们进行格式转换。
第一次：
当前日期：2020-12-12 12:12:12
当前日期：2018-11-11 11:11:11
当前日期：2019-11-11 11:11:11
第二次：
当前日期：2018-10-10 10:10:10
当前日期：2018-10-10 10:10:10
当前日期：2019-11-11 11:11:11
Process finished with exit code 0
第三次：
当前日期：2020-10-10 10:10:10
当前日期：2018-10-10 10:10:10
当前日期：2018-10-10 10:10:10
Process finished with exit code 0
我们发现String转Date的时候有两个线程直接报错，Date转String虽然不会报错，但是日期格式全部错乱，为什么平时使用的时候不会出现问题，一到性能测试的时候就会发生这种问题，小明表示快要崩溃了。
SimpleDateFormat出现bug的原因
其实了解过多线程的人都知道SimpleDateFormat是线程不安全的，但是为什么是线程不安全的，大家都知道吗？我们一起来看一下。
首先parse源码分析：
public Date parse(String source) throws ParseException
{
ParsePosition pos = new ParsePosition(0);
Date result = parse(source, pos);
if (pos.index == 0)
throw new ParseException("Unparseable date: \"" + source + "\"" ,
pos.errorIndex);
return result;
}
进入：parse(source, pos);，然后注意到下面这段代码
try {
parsedDate = calb.establish(calendar).getTime();
// If the year value is ambiguous,
// then the two-digit year == the default start year
if (ambiguousYear[0]) {
if (parsedDate.before(defaultCenturyStart)) {
parsedDate = calb.addYear(100).establish(calendar).getTime();
}
}
}
Calendar establish(Calendar cal) {
boolean weekDate = isSet(WEEK_YEAR)
&& field[WEEK_YEAR] > field[YEAR];
if (weekDate && !cal.isWeekDateSupported()) {
// Use YEAR instead
if (!isSet(YEAR)) {
set(YEAR, field[MAX_FIELD + WEEK_YEAR]);
}
weekDate = false;
}
cal.clear();
// Set the fields from the min stamp to the max stamp so that
// the field resolution works in the Calendar.
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;
}
}
}
if (weekDate) {
int weekOfYear = isSet(WEEK_OF_YEAR) ? field[MAX_FIELD + WEEK_OF_YEAR] : 1;
int dayOfWeek = isSet(DAY_OF_WEEK) ?
field[MAX_FIELD + DAY_OF_WEEK] : cal.getFirstDayOfWeek();
if (!isValidDayOfWeek(dayOfWeek) && cal.isLenient()) {
if (dayOfWeek >= 8) {
dayOfWeek--;
weekOfYear += dayOfWeek / 7;
dayOfWeek = (dayOfWeek % 7) + 1;
} else {
while (dayOfWeek <= 0) {
dayOfWeek += 7;
weekOfYear--;
}
}
dayOfWeek = toCalendarDayOfWeek(dayOfWeek);
}
cal.setWeekDate(field[MAX_FIELD + WEEK_YEAR], weekOfYear, dayOfWeek);
}
return cal;
}
我们深入到**calb.establish(calendar).getTime();**中，发现 establish() 中存在着一行比较秀的代码：
cal.clear();
public final void clear()
{
for (int i = 0; i < fields.length; ) {
stamp[i] = fields[i] = 0; // UNSET == 0
isSet[i++] = false;
}
areAllFieldsSet = areFieldsSet = false;
isTimeSet = false;
}
由于calendar这个参数是由调用方传递进来的，而调用方parse()拿的是当前类的成员变量。
protected Calendar calendar;
然而我们都知道，成员变量在多线程情况下如果没有锁的加持，是很容易出现线程安全问题的，他这里是先执行的clear,在重新获取时间
public final Date getTime() {
return new Date(getTimeInMillis());
}
public long getTimeInMillis() {
if (!isTimeSet) {
updateTime();
}
return time;
}
ressWarnings("ProtectedField")
protected long time;
getTime最终返回的是成员变量，这个是之前已经设置了值的属性，然而当开启多线程的时候，很有可能导致第一个线程执行了getTime之后第二个线程有执行了clear，由于这些变量都是成员变量，所以他们是共享的，bug就发生了。
format日期错乱的原因和这个类似，这里就不做过多说明了，感兴趣的小哥哥小姐姐可以翻开源码撸一下。
如何解决SimpleDateFormat多线程安全问题
局部变量
既然成员变量会发生线程安全问题，那将SimpleDateFormat设置成为局部变量那不就没问题了吗，却是是这样，但如果需要修改格式化的模式，改动量是非常大，因为你需要将所有涉及到的局部变量都修改一遍，而单例只需要修改一次，这个看情况而定
使用SimpleDateFormat方法时加锁
这也是一种解决的思路，比如：synchronized，大家都知道，加锁会降低程序的效率，除非必要情况，否者时不建议直接使用锁来解决的。
使用ThreadLocal
ThreadLocal不知道大家了解过没有，他是一种解决多线程并发问题简单有效的方式，通过线程和变量绑定的方式，让线程与线程之间不存在变量共享的问题，自然而然就解决了多线程并发的问题。
ThreadLocal介绍
JDK 1.2的版本中就提供java.lang.ThreadLocal，ThreadLocal为解决多线程程序的并发问题提供了一种新的思路。使用这个工具类可以很简洁地编写出优美的多线程程序，ThreadLocal并不是一个Thread，而是Thread的局部变量。
举个生活中的例子，人有三急，而厕所只有一坑位，所以公司的上百人都会争先恐后的争夺那一个坑位的使用权，并且在争夺过程中还有可能出现事故，公司老总有一次也想蹲坑，但是发现已经有很多人正在为了那一个坑位抢的死去活来，导致他不能及时排泄而。。。。。。
公司老总整理了情绪之后，于时吩咐秘书：你赶紧去安排一下，厕所的坑位增加到一百个，每人一个，看还有没有人抢。
这个例子就有点类似与我们程序中的多线程，很多线程都在抢同一个资源，在抢来抢去的时候难免发生意外情况，也就是程序中的线程安全问题，所以有没有一种给每个线程都分配对应的变量，让他们不用抢来抢去？这个时候ThreadLocal站了出来，我是土豪，我给你们每个线程都分配一个只属于你们自己的资源，省的你们抢来抢去，打扰我泡妞。
ThreadLocal使用demo
package com.ymy.test;
import java.util.Random;
public class MyLocalThread {
private static Random random = new Random();
private static ThreadLocal<Integer> t = ThreadLocal.withInitial(
()->random.nextInt(10)+1
);
private static Integer get(){
return t.get();
}
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(() -> {
Integer num = get();
System.out.println("线程名："+Thread.currentThread().getName()+" "+ num);
num = get();
System.out.println("线程名："+Thread.currentThread().getName()+" 第二次获取 "+ num);
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
Integer num = get();
System.out.println("线程名："+Thread.currentThread().getName()+" "+ num);
num = get();
System.out.println("线程名："+Thread.currentThread().getName()+" 第二次获取 "+ num);
});
Thread t3 = new Thread(() -> {
Integer num = get();
System.out.println("线程名："+Thread.currentThread().getName()+" "+ num);
num = get();
System.out.println("线程名："+Thread.currentThread().getName()+" 第二次获取 "+ num);
});
t1.start();
t2.start();
t3.start();
try {
t1.join();
t2.join();
t3.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("执行完毕");
}
}
上面的代码很简单，ThreadLocal为三个线程生成三个随机数，然后三个线程分别去获取生成的随机数，看看会发生什么结果？
线程名：Thread-0 3
线程名：Thread-0 第二次获取 3
线程名：Thread-1 1
线程名：Thread-2 10
线程名：Thread-1 第二次获取 1
线程名：Thread-2 第二次获取 10
执行完毕
Process finished with exit code 0
我们来看一下三个线程分别生成的随机数：
第一个线程（Thread-0）：3
第二个线程（Thread-1）：1
第三个线程（Thread-2）：10
我们看到三个线程生成的数据：3、1、10,都是随机的，但是这并不能说明他就是线程安全的，所以我这里还特意在这三个线程中重复获取了一次随机数，我们我们发现：
第一个线程第二次获取（Thread-0）：3
第二个线程第二次获取（Thread-1）：1
第三个线程第二次获取（Thread-2）：10
你们是不是发现什么了？没错，那就是每个线程的第二次获取的数据和第一次是相同的，而且不会和其他线程发生任何错乱，这就是ThreadLocal的神奇之处。
ThreadLocal源码探索
我们先看看ThreadLocal是如何被创建的
private static ThreadLocal<Integer> t = ThreadLocal.withInitial(()->random.nextInt(10)+1);
这行代码是上面demo中ThreadLocal创建方式，通过ThreadLocal.withInitial来创建，我们一起来看一下withInitial方法。
/**
* Creates a thread local variable. The initial value of the variable is
* determined by invoking the {@code get} method on the {@code Supplier}.
*
* @param <S> the type of the thread local's value
* @param supplier the supplier to be used to determine the initial value
* @return a new thread local variable
* @throws NullPointerException if the specified supplier is null
* @since 1.8
*/
public static <S> ThreadLocal<S> withInitial(Supplier<? extends S> supplier) {
return new SuppliedThreadLocal<>(supplier);
}
这是jdk1.8才支持的创建方式，以前的版本请不要这么使用，这个方法表示：创建线程局部变量。变量的初始值是通过调用get()方法确定的。
那我们在一起来看看get()方法
/**
* Returns the value in the current thread's copy of this
* thread-local variable. If the variable has no value for the
* current thread, it is first initialized to the value returned
* by an invocation of the {@link #initialValue} method.
*
* @return the current thread's value of this thread-local
*/
public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
return setInitialValue();
}
大致意思：返回当前线程中该线程局部变量的副本中的值。如果变量没有当前线程的值，则首先将其初始化为调用{@link #initialValue}方法返回的值。
/**
* Variant of set() to establish initialValue. Used instead
* of set() in case user has overridden the set() method.
*
* @return the initial value
*/
private T setInitialValue() {
T value = initialValue();
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
return value;
}
大致意思：将此线程局部变量的当前线程副本设置为指定的值。大多数子类将不需要重写这个方法，仅仅依靠{@link #initialValue}方法来设置线程局部变量的值，其中看到ThreadLocalMap 了没有？之前是不是一直有一个疑惑，那就是ThreadLocal到底是怎么存储我们线程变量的，ThreadLocalMap 就是ThreadLocal给每一个线程都分配一个独立资源的王牌，我们一起看看ThreadLocalMap的内部结构
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
/**
* The table, resized as necessary.
* table.length MUST always be a power of two.
*/
private Entry[] table;
里面也有很多的方法，这里就不全贴出来了，占用太多空间，Entry 存放的就是线程对应的存储对象，我们来梳理一下整个过程，当线程调用get()的时候，首先会判断Thread类中的ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals变量，通过线程名获取
如果存在，接着获取当前线程的存储的对象T，如果没有找到，那么将会执行初始化过程，也就是setInitialValue()方法，在setInitialValue()方法方法中又会判断ThreadLocal.ThreadLocalMap是否为空，如果不为空，赋值，为空，创建ThreadLocal.ThreadLocalMap
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
然后返回当前线程的变量对象，大致流程就是这样，Thread类中维护着一个ThreadLocalMap，它负责存储线程的与线程对应的资源对象，当线程调用get()的时候会判断ThreadLocalMap中是否存在当前线程，如果没有，创建在返回，否者直接返回。
ThreadLocal注意事项
不知道你们注意到没有，存储线程变量的ThreadLocalMap属于Thread，并不属于ThreadLocal，你知道为什么吗？
1：我们知道，ThreadLocal只是一个简单的工具类，而ThreadLocalMap里面的数据都是和线程相关，所以存放在Thread中。
2：ThreadLocalMap存放在Thread中不容易发生内存泄漏，为什么这么说呢？那是因为ThreadLocalMap中对线程Thread有着引用关系，由于ThreadLocal的生命周期可能是和程序共存亡的，如果将ThreadLocalMap存放到ThreadLocal中，就算线程的生命周期结束了，ThreadLocalMap也不会被回收，因为ThreadLocal一直存在，如果存放在Thread中就不一样了，我们来看一下之前看过的源码
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
看到WeakReference没有，它表示这ThreadLocalMap对ThreadLocal是一种弱引用，只要Thread生命周期结束，ThreadLocalMap也会跟着一起消失，所以考虑内存泄漏方面，存在Thread类中更合理。
那ThreadLocal会发生内存泄漏问题吗？答案是肯定的，刚刚我们说到，线程被回收，ThreadLocalMap也会一起被回收，但是有一种情况线程是同程序共生死的，那就是线程池，所这个时候就可能会发生内存泄露问题了，然而我们我们在项目开发中线程池是使用比较多的，那我们如何解决这个问题呢？
其实很简单，java的gc机制做不到，不代表我们自己做不到，我们在自己的逻辑处理中自己释放，想必很多人都想到了，try/finally，没错就是它，只需要在finally中假如这行代码即可。
t.remove();//t:ThreadLocal实例
ThreadLocal介绍的差不多了，下面我们来使用ThreadLocal解决一下SimpleDateFormat多线程的安全问题吧。
使用ThreadLocal解决SimpleDateFormat线程安全问题
上修改之后的代码
package com.ymy.test;
import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
public class SimpleDateFormatBugTest {
private static ThreadLocal<SimpleDateFormat> t = ThreadLocal.withInitial(() -> new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"));
private static SimpleDateFormat getSimpleDateFormat() {
return t.get();
}
private static Date parse(String date){
try {
return getSimpleDateFormat().parse(date);
} catch (ParseException e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(() -> {
Date parse = parse("2020-12-12 12:12:12");
System.out.println("当前日期：" + parse);
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
Date parse = parse("2019-11-11 11:11:11");
System.out.println("当前日期：" + parse);
});
Thread t3 = new Thread(() -> {
Date parse = parse("2018-10-10 10:10:10");
System.out.println("当前日期：" + parse);
});
t1.start();
t2.start();
t3.start();
try {
t1.join();
t2.join();
t3.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("线程执行完毕");
}
}
第一次运行
当前日期：Wed Oct 10 10:10:10 CST 2018
当前日期：Mon Nov 11 11:11:11 CST 2019
当前日期：Sat Dec 12 12:12:12 CST 2020
线程执行完毕
Process finished with exit code 0
第二次运行
当前日期：Wed Oct 10 10:10:10 CST 2018
当前日期：Sat Dec 12 12:12:12 CST 2020
当前日期：Mon Nov 11 11:11:11 CST 2019
线程执行完毕
Process finished with exit code 0
第三次运行
当前日期：Wed Oct 10 10:10:10 CST 2018
当前日期：Sat Dec 12 12:12:12 CST 2020
当前日期：Mon Nov 11 11:11:11 CST 2019
线程执行完毕
Process finished with exit code 0
完美的解决了SimpleDateFormat在多线程中并发问题。
总结
问题终于解决了，小明也可以继续快乐的写bug了，充实的一天就这么过去了，小明收获了知识，而我，带着小明走了一遍ThreadLocal的源码，也对ThreadLocal加深了一遍印象，小明因为解决了这个bug，也不用加班了，脸上流露了激动的神情，也正好到下班时间了，然后小明就带着我去撸串了。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
