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日期转换的问题
问题提出
下面的代码在运行时，由于 SimpleDateFormat 不是线程安全的
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(() -> {
try {
log.debug("{}", sdf.parse("1951-04-21"));
} catch (Exception e) {
log.error("{}", e);
}
}).start();
}
有很大几率出现 java.lang.NumberFormatException 或者出现不正确的日期解析结果，例如：
19:10:40.859 [Thread-2] c.TestDateParse - {}
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:2084)
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 cn.itcast.n7.TestDateParse.lambda$test1$0(TestDateParse.java:18)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
19:10:40.859 [Thread-1] c.TestDateParse - {}
java.lang.NumberFormatException: empty String
at sun.misc.FloatingDecimal.readJavaFormatString(FloatingDecimal.java:1842)
at sun.misc.FloatingDecimal.parseDouble(FloatingDecimal.java:110)
at java.lang.Double.parseDouble(Double.java:538)
at java.text.DigitList.getDouble(DigitList.java:169)
at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2089)
at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:2162)
at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514)
at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364)
at cn.itcast.n7.TestDateParse.lambda$test1$0(TestDateParse.java:18)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
19:10:40.857 [Thread-8] c.TestDateParse - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951
19:10:40.857 [Thread-9] c.TestDateParse - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951
19:10:40.857 [Thread-6] c.TestDateParse - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951
19:10:40.857 [Thread-4] c.TestDateParse - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951
19:10:40.857 [Thread-5] c.TestDateParse - Mon Apr 21 00:00:00 CST 178960645
19:10:40.857 [Thread-0] c.TestDateParse - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951
19:10:40.857 [Thread-7] c.TestDateParse - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951
19:10:40.857 [Thread-3] c.TestDateParse - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951
原因：
因为其内部的一些属性是可变的，所以多个线程访问就会出现问题。
SimpleDateFormat是Java中的日期格式化类，它不是线程安全的。当多个线程同时访问同一个SimpleDateFormat实例时，会导致竞争条件和数据不一致的问题。
SimpleDateFormat内部维护了一个Calendar实例作为工作对象，用于解析和格式化日期。在多线程环境下，多个线程同时调用SimpleDateFormat的方法可能会导致多个线程并发地修改共享的Calendar实例，造成数据混乱。
具体表现为，一个线程正在执行格式化操作，而另一个线程突然调用了parse()方法进行解析，这时两个线程都会对内部的Calendar实例进行修改，导致结果不可预测。
思路 - 同步锁
这样虽能解决问题，但带来的是性能上的损失，并不算很好：
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
for (int i = 0; i < 50; i++) {
new Thread(() -> {
synchronized (sdf) {
try {
log.debug("{}", sdf.parse("1951-04-21"));
} catch (Exception e) {
log.error("{}", e);
}
}
}).start();
}
思路 - 不可变
**如果一个对象在不能够修改其内部状态（属性），那么它就是线程安全的，因为不存在并发修改啊！**这样的对象在 Java 中有很多，例如在 Java 8 后，提供了一个新的日期格式化类：
DateTimeFormatter dtf = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd");
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(() -> {
LocalDate date = dtf.parse("2018-10-01", LocalDate::from);
log.debug("{}", date);
}).start();
}
可以看 DateTimeFormatter 的文档：
@implSpec
This class is immutable and thread-safe.
不可变对象，实际是另一种避免竞争的方式。
不可变设计
另一个大家更为熟悉的 String 类也是不可变的，以它为例，说明一下不可变设计的要素
public final class String
implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
/** The value is used for character storage. */
private final char value[];
/** Cache the hash code for the string */
private int hash; // Default to 0
// ...
}
final 的使用
发现该类、类中所有属性都是 final 的
- 属性用 final 修饰保证了该属性是只读的，不能修改
- 类用 final 修饰保证了该类中的方法不能被覆盖，防止子类无意间破坏不可变性
保护性拷贝
但有同学会说，使用字符串时，也有一些跟修改相关的方法啊，比如 substring 等，那么下面就看一看这些方法是 如何实现的，就以 substring 为例：
public String substring(int beginIndex) {
if (beginIndex < 0) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
}
int subLen = value.length - beginIndex;
if (subLen < 0) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(subLen);
}
return (beginIndex == 0) ? this : new String(value, beginIndex, subLen);
}
发现其内部是调用 String 的构造方法创建了一个新字符串，再进入这个构造看看，是否对 final char[] value 做出 了修改：
public String(char value[], int offset, int count) {
if (offset < 0) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset);
}
if (count <= 0) {
if (count < 0) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(count);
}
if (offset <= value.length) {
this.value = "".value;
return;
}
}
if (offset > value.length - count) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset + count);
}
this.value = Arrays.copyOfRange(value, offset, offset+count);
}
结果发现也没有，构造新字符串对象时，会生成新的 char[] value，对内容进行复制 。这种通过创建副本对象来避 免共享的手段称之为【保护性拷贝（defensive copy）】
但是却会带来一定的问题，对象创建的太多频繁，为了解决这个问题，所以一般都会关联一个设计模式。
享元模式
简介
定义 英文名称：Flyweight pattern. 当需要重用数量有限的同一类对象时（每次保护性拷贝都需要创建新的字符串，如果有取值相同的对象已经有了，那就可以重用这些对象，而不是每次都创建新的）
体现
包装类
在JDK中 Boolean，Byte，Short，Integer，Long，Character 等包装类提供了 valueOf 方法，例如 Long 的 valueOf 会缓存 -128~127 之间的 Long 对象，在这个范围之间会重用对象，大于这个范围，才会新建 Long 对 象：
public static Long valueOf(long l) {
final int offset = 128;
if (l >= -128 && l <= 127) { // will cache
return LongCache.cache[(int)l + offset];
}
return new Long(l);
}
注意：
- Byte, Short, Long 缓存的范围都是 -128~127
- Character 缓存的范围是 0~127
- Integer的默认范围是 -128~127（最小值不能变、但最大值可以通过调整虚拟机参数-Djava.lang.Integer.IntegerCache.high` 来改变）
- Boolean 缓存了 TRUE 和 FALSE
DIY
例如：一个线上商城应用，QPS 达到数千，如果每次都重新创建和关闭数据库连接，性能会受到极大影响。 这时 预先创建好一批连接，放入连接池。一次请求到达后，从连接池获取连接，使用完毕后再还回连接池，这样既节约 了连接的创建和关闭时间，也实现了连接的重用，不至于让庞大的连接数压垮数据库。
class Pool {
// 1. 连接池大小
private final int poolSize;
// 2. 连接对象数组
private Connection[] connections;
// 3. 连接状态数组 0 表示空闲， 1 表示繁忙
private AtomicIntegerArray states;
// 4. 构造方法初始化
public Pool(int poolSize) {
this.poolSize = poolSize;
this.connections = new Connection[poolSize];
this.states = new AtomicIntegerArray(new int[poolSize]);
for (int i = 0; i < poolSize; i++) {
connections[i] = new MockConnection("连接" + (i+1));
}
}
// 5. 借连接
public Connection borrow() {
while(true) {
for (int i = 0; i < poolSize; i++) {
// 获取空闲连接
if(states.get(i) == 0) {
if (states.compareAndSet(i, 0, 1)) {
log.debug("borrow {}", connections[i]);
return connections[i];
}
}
}
// 如果没有空闲连接，当前线程进入等待
synchronized (this) {
try {
log.debug("wait...");
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
// 6. 归还连接
public void free(Connection conn) {
for (int i = 0; i < poolSize; i++) {
if (connections[i] == conn) {
states.set(i, 0);
synchronized (this) {
log.debug("free {}", conn);
this.notifyAll();
}
break;
}
}
}
}
class MockConnection implements Connection {
// 实现略
}
使用连接池：
Pool pool = new Pool(2);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
new Thread(() -> {
Connection conn = pool.borrow();
try {
Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
pool.free(conn);
}).start();
}
输出：
连接1
连接2
borrow MockConnection@1c1832d4
borrow MockConnection@6f6b8a01
wait...
wait...
wait...
free MockConnection@6f6b8a01
borrow MockConnection@6f6b8a01
wait...
wait...
free MockConnection@6f6b8a01
borrow MockConnection@6f6b8a01
wait...
free MockConnection@1c1832d4
borrow MockConnection@1c1832d4
free MockConnection@6f6b8a01
free MockConnection@1c1832d4
以上实现没有考虑：
- 连接的动态增长与收缩
- 连接保活（可用性检测）
- 等待超时处理
对于关系型数据库，有比较成熟的连接池实现，例如c3p0, druid等 对于更通用的对象池，可以考虑使用apache commons pool，例如redis连接池可以参考jedis中关于连接池的实现
final原理
设置 final 变量的原理
理解了 volatile 原理，再对比 final 的实现就比较简单了
public class TestFinal {
final int a = 20;
}
字节码
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: aload_0
5: bipush 20
7: putfield #2 // Field a:I
<-- 写屏障
10: return
发现 final 变量的赋值也会通过 putfield 指令来完成，同样在这条指令之后也会加入写屏障（写屏障的优势：保证写屏障之前的指令不会被重排序到写屏障后面去、能保障写屏障所有的修改操作，再写屏障之后被同步到主存），保证在其它线程读到它的值时不会出现为 0 的情况。
如果不加final，其实是分两步走的，第一步先是分配空间，还没有赋值，初始值是0.如果此时其他线程看到了赋值之前的零，那么变量的使用就是不正确的。
获取 final 变量的原理
在Java中，获取final变量的原理与获取普通变量的原理是一样的，都是在运行时访问内存中的变量值。不同的是，对于final变量，编译器会进行优化，将其存储在常量池中，而非存储在堆或栈中。
当程序需要访问final变量时，实际上是直接从常量池中读取该变量的值，而不是从内存中读取。这样可以提高程序的执行效率，避免了不必要的内存操作。
常量池、堆、栈的概念
常量池
-
位于方法区（JDK7及之前）或元空间（JDK8及之后）中。
-
用于存储编译期生成的字面量（Literal）和符号引用（Symbolic Reference）。
-
存储字符串常量、类和接口的全限定名、字段和方法的名称和描述符等。
-
常量池的内容在编译时确定，并保存在class文件中，运行时被加载到内存中。
-
常量池中的数据是不可修改的，可以被多个对象共享。
堆
-
用于存储对象实例，包括通过new关键字创建的对象。
-
位于Java虚拟机内存中的一块较大的区域。
-
堆中的对象由垃圾回收器自动管理，通过垃圾回收机制来释放不再使用的对象。
-
对象在堆中分配内存，对象的引用存储在栈中。
栈
-
位于线程私有的内存区域。
-
每个线程都有自己的栈，用于存储局部变量、方法调用和方法返回等。
-
栈中的数据是按照“后进先出”的原则进行操作。
-
栈的大小在虚拟机启动时就可以固定，随着线程的创建和销毁而动态改变。
简单来说，常量池主要用于存储编译期生成的字面量和符号引用，堆用于存储对象实例，栈用于存储方法调用和局部变量。常量池的内容是不可修改的，堆和栈中的数据是动态变化的，并且随着程序的执行而进行内存分配和回收。
无状态
在 web 阶段学习时，设计 Servlet 时为了保证其线程安全，都会有这样的建议，不要为 Servlet 设置成员变量，这 种没有任何成员变量的类是线程安全的。
因为成员变量保存的数据也可以称为状态信息，因此没有成员变量就称之为【无状态】
