Java时区处理初学者指南

基本时间观念

大多数Web应用程序必须支持不同的时区，而正确处理时区绝非易事。更糟糕的是，您必须确保各种编程语言（例如，前端JavaScript，中间件中的Java和作为数据存储库的MongoDB）之间的时间戳是一致的。这篇文章旨在解释绝对时间和相对时间的基本概念。

时代

纪元是绝对时间基准。大多数编程语言（例如Java，JavaScript，Python）使用Unix纪元（1970年1月1日午夜）来表示给定的时间戳，即自固定时间点引用以来经过的毫秒数。

相对数字时间戳

相对数字时间戳表示为从纪元以来经过的毫秒数。

时区

协调世界时（UTC）是最常见的时间标准。 UTC时区（相当于GMT ）表示所有其他时区涉及的时间参考（通过正/负偏移量）。

UTC时区通常称为Zulu时间（Z）或UTC + 0。日本时区为UTC + 9，而檀香山时区为UTC-10。在Unix时代（1970年1月1日UTC时区），东京为1970年1月1日，檀香山为1969年12月31日14:00。

ISO 8601

ISO 8601是最广泛的日期/时间表示标准，它使用以下日期/时间格式：

时区	符号
世界标准时间	1970-01-01T00：00：00.000 + 00：00
UTC祖鲁时间	1970-01-01T00：00：00.000 + Z
时雄	1970-01-01T00：00：00.000 + 09：00
火奴鲁鲁	1969-12-31T14：00：00.000-10：00

Java时间基础

java.util.Date

java.util.Date绝对是最常见的时间相关类。它表示一个固定的时间点，表示为自历元以来经过的相对毫秒数。 java.util.Date是与时区无关的，除了toString方法使用本地时区生成String表示形式。

java.util.Calendar

java.util.Calendar既是日期/时间工厂，也是时区感知定时实例。它是最不友好的Java API类之一，我们可以在以下示例中进行演示：

@Test
public void testTimeZonesWithCalendar() throws ParseException {assertEquals(0L, newCalendarInstanceMillis("GMT").getTimeInMillis());assertEquals(TimeUnit.HOURS.toMillis(-9), newCalendarInstanceMillis("Japan").getTimeInMillis());assertEquals(TimeUnit.HOURS.toMillis(10), newCalendarInstanceMillis("Pacific/Honolulu").getTimeInMillis());Calendar epoch = newCalendarInstanceMillis("GMT");epoch.setTimeZone(TimeZone.getTimeZone("Japan"));assertEquals(TimeUnit.HOURS.toMillis(-9), epoch.getTimeInMillis());
}private Calendar newCalendarInstance(String timeZoneId) {Calendar calendar = new GregorianCalendar();calendar.set(Calendar.YEAR, 1970);calendar.set(Calendar.MONTH, 0);calendar.set(Calendar.DAY_OF_MONTH, 1);calendar.set(Calendar.HOUR_OF_DAY, 0);calendar.set(Calendar.MINUTE, 0);calendar.set(Calendar.SECOND, 0);calendar.set(Calendar.MILLISECOND, 0);calendar.setTimeZone(TimeZone.getTimeZone(timeZoneId));return calendar;
}

在Unix时代（UTC时区），东京时间提前了9个小时，而檀香山却落后了10个小时。

更改日历时区会在偏移时区偏移时保留实际时间。相对时间戳随日历时区偏移量而变化。

Joda-Time和Java 8 Date Time API只是使java.util.Calandar过时，因此您不必再使用此古怪的API。

org.joda.time.DateTime

Joda-Time旨在通过提供以下服务来修复旧版Date / Time API：

不变和可变的日期结构
流利的API
更好地支持ISO 8601标准

使用Joda-Time，这就是我们之前的测试用例的样子：

@Test
public void testTimeZonesWithDateTime() throws ParseException {assertEquals(0L, newDateTimeMillis("GMT").toDate().getTime());assertEquals(TimeUnit.HOURS.toMillis(-9), newDateTimeMillis("Japan").toDate().getTime());assertEquals(TimeUnit.HOURS.toMillis(10), newDateTimeMillis("Pacific/Honolulu").toDate().getTime());DateTime epoch = newDateTimeMillis("GMT");assertEquals("1970-01-01T00:00:00.000Z", epoch.toString());epoch = epoch.toDateTime(DateTimeZone.forID("Japan"));assertEquals(0, epoch.toDate().getTime());assertEquals("1970-01-01T09:00:00.000+09:00", epoch.toString());MutableDateTime mutableDateTime = epoch.toMutableDateTime();mutableDateTime.setChronology(ISOChronology.getInstance().withZone(DateTimeZone.forID("Japan")));assertEquals("1970-01-01T09:00:00.000+09:00", epoch.toString());
}private DateTime newDateTimeMillis(String timeZoneId) {return new DateTime(DateTimeZone.forID(timeZoneId)).withYear(1970).withMonthOfYear(1).withDayOfMonth(1).withTimeAtStartOfDay();
}

DateTime流利的API比java.util.Calendar＃set易于使用。 DateTime是不可变的，但如果适合当前的用例，我们可以轻松地切换到MutableDateTime 。

与我们的Calendar测试用例相比，当更改时区时，相对时间戳不会改变，因此保留了相同的原始时间点。

只是人类的时间感知发生了变化（ 1970-01-01T00：00：00.000Z和1970-01-01T09：00：00.000 + 09：00指向相同的绝对时间）。

相对时间与绝对时间实例

当支持时区时，基本上有两个主要选择：相对时间戳和绝对时间信息。

相对时间戳

时间戳的数字表示形式（自纪元以来的毫秒数）是相对信息。该值是针对UTC时代给出的，但是您仍然需要一个时区来正确表示特定区域上的实际时间。

作为一个长值，它是最紧凑的时间表示形式，是交换大量数据时的理想选择。

如果您不知道原始事件的时区，则可能会显示与当前本地时区相对的时间戳，这并不总是可取的。

绝对时间戳

绝对时间戳包含相对时间以及时区信息。在其ISO 8601字符串表示中表示时间戳是很常见的。

与数字形式（64位长）相比，字符串表示的紧凑性较低，它最多可包含25个字符（UTF-8编码为200位）。

ISO 8601在XML文件中非常常见，因为XML模式使用的是受ISO 8601标准启发的词汇格式。

当我们想针对原始时区重构时间实例时，绝对时间表示会更加方便。电子邮件客户端可能希望使用发件人的时区显示电子邮件创建日期，而这只能使用绝对时间戳来实现。

谜题

以下练习旨在说明使用古老的java.text.DateFormat实用程序正确处理符合ISO 8601的日期/时间结构有多么困难。

java.text.SimpleDateFormat

首先，我们将使用以下测试逻辑来测试java.text.SimpleDateFormat解析功能：

/*** DateFormat parsing utility* @param pattern date/time pattern* @param dateTimeString date/time string value* @param expectedNumericTimestamp expected millis since epoch */
private void dateFormatParse(String pattern, String dateTimeString, long expectedNumericTimestamp) {try {Date utcDate = new SimpleDateFormat(pattern).parse(dateTimeString);if(expectedNumericTimestamp != utcDate.getTime()) {LOGGER.warn("Pattern: {}, date: {} actual epoch {} while expected epoch: {}", new Object[]{pattern, dateTimeString, utcDate.getTime(), expectedNumericTimestamp});}} catch (ParseException e) {LOGGER.warn("Pattern: {}, date: {} threw {}", new Object[]{pattern, dateTimeString, e.getClass().getSimpleName()});}
}

用例1

让我们看看各种ISO 8601模式如何针对第一个解析器表现：

dateFormatParse("yyyy-MM-dd'T'HH:mm:ss.SSS'Z'", "1970-01-01T00:00:00.200Z", 200L);

产生以下结果：

Pattern: yyyy-MM-dd'T'HH:mm:ss.SSS'Z', date: 1970-01-01T00:00:00.200Z actual epoch -7199800 while expected epoch: 200

此模式不符合ISO 8601。单引号字符是一个转义序列，因此最后的“ Z”符号不会被视为时间指令（例如Zulu时间）。解析后，我们将仅获取本地时区的Date参考。

该测试是使用我当前的系统默认欧洲/雅典时区运行的，截至撰写本文时，它比UTC提前两个小时。

用例2

根据java.util.SimpleDateFormat文档，以下模式： yyyy-MM-dd'T'HH：mm：ss.SSSZ应该匹配ISO 8601日期/时间字符串值：

dateFormatParse("yyyy-MM-dd'T'HH:mm:ss.SSSZ", "1970-01-01T00:00:00.200Z", 200L);

但是相反，我们得到了以下异常：

Pattern: yyyy-MM-dd'T'HH:mm:ss.SSSZ, date: 1970-01-01T00:00:00.200Z threw ParseException

因此，此模式似乎无法解析Zulu时间UTC字符串值。

用例3

以下模式对于显式偏移量非常适用：

dateFormatParse("yyyy-MM-dd'T'HH:mm:ss.SSSZ", "1970-01-01T00:00:00.200+0000", 200L);

用例4

此模式还与其他时区偏移量兼容：

dateFormatParse("yyyy-MM-dd'T'HH:mm:ss.SSSZ", "1970-01-01T00:00:00.200+0100", 200L - 1000 * 60 * 60);

用例5

为了匹配祖鲁语时间符号，我们需要使用以下模式：

dateFormatParse("yyyy-MM-dd'T'HH:mm:ss.SSSXXX", "1970-01-01T00:00:00.200Z", 200L);

用例6

不幸的是，最后一个模式与明确的时区偏移量不兼容：

dateFormatParse("yyyy-MM-dd'T'HH:mm:ss.SSSXXX", "1970-01-01T00:00:00.200+0000", 200L);

最后出现以下异常：

Pattern: yyyy-MM-dd'T'HH:mm:ss.SSSXXX, date: 1970-01-01T00:00:00.200+0000 threw ParseException

org.joda.time.DateTime

与java.text.SimpleDateFormat相反， Joda-Time与任何ISO 8601模式兼容。以下测试用例将用于即将推出的测试用例：

/*** Joda-Time parsing utility* @param dateTimeString date/time string value* @param expectedNumericTimestamp expected millis since epoch*/
private void jodaTimeParse(String dateTimeString, long expectedNumericTimestamp) {Date utcDate = DateTime.parse(dateTimeString).toDate();if(expectedNumericTimestamp != utcDate.getTime()) {LOGGER.warn("date: {} actual epoch {} while expected epoch: {}", new Object[]{dateTimeString, utcDate.getTime(), expectedNumericTimestamp});}
}

Joda-Time与所有标准ISO 8601日期/时间格式兼容：

jodaTimeParse("1970-01-01T00:00:00.200Z", 200L);
jodaTimeParse("1970-01-01T00:00:00.200+0000", 200L);
jodaTimeParse("1970-01-01T00:00:00.200+0100", 200L - 1000 * 60 * 60);