在 Java 8 之前,我们处理日期时间需求时,使用 Date、Calender 和 SimpleDateFormat,来声明时间戳、使用日历处理日期和格式化解析日期时间。但是,这些类的 API 的缺点比较明显,比如可读性差、易用性差、使用起来冗余繁琐,还有线程安全问题。
因此,Java 8 推出了新的日期时间类。每一个类功能明确清晰、类之间协作简单、API 定义清晰不踩坑,API 功能强大无需借助外部工具类即可完成操作,并且线程安全。
但是,Java 8 刚推出的时候,诸如序列化、数据访问等类库都还不支持 Java 8 的日期时间类型,需要在新老类中来回转换。比如,在业务逻辑层使用 LocalDateTime,存入数据库或者返回前端的时候还要切换回 Date。因此,很多同学还是选择使用老的日期时间类。
现在几年时间过去了,几乎所有的类库都支持了新日期时间类型,使用起来也不会有来回切换等问题了。但,很多代码中因为还是用的遗留的日期时间类,因此出现了很多时间错乱的错误实践。比如,试图通过随意修改时区,使读取到的数据匹配当前时钟;再比如,试图直接对读取到的数据做加、减几个小时的操作,来“修正数据”。
今天,我就重点与你分析下时间错乱问题背后的原因,看看使用遗留的日期时间类,来处理日期时间初始化、格式化、解析、计算等可能会遇到的问题,以及如何使用新日期时间类来解决。
初始化日期时间
我们先从日期时间的初始化看起。如果要初始化一个 2019 年 12 月 31 日 11 点 12 分 13 秒这样的时间,可以使用下面的两行代码吗?
Date date = new Date(2019, 12, 31, 11, 12, 13);
System.out.println(date);
可以看到,输出的时间是 3029 年 1 月 31 日 11 点 12 分 13 秒:
Sat Jan 31 11:12:13 CST 3920
相信看到这里,你会说这是新手才会犯的低级错误:年应该是和 1900 的差值,月应该是从 0 到 11 而不是从 1 到 12。
Date date = new Date(2019 - 1900, 11, 31, 11, 12, 13);
你说的没错,但更重要的问题是,当有国际化需求时,需要使用 Calendar 类来初始化时间。
使用 Calendar 改造之后,初始化时年参数直接使用当前年即可,不过月需要注意是从 0 到 11。当然,你也可以直接使用 Calendar.DECEMBER 来初始化月份,更不容易犯错。为了说明时区的问题,我分别使用当前时区和纽约时区初始化了两次相同的日期:
Calendar calendar = Calendar.getInstance();
calendar.set(2019, 11, 31, 11, 12, 13);
System.out.println(calendar.getTime());
Calendar calendar2 = Calendar.getInstance(TimeZone.getTimeZone("America/New_York"));
calendar2.set(2019, Calendar.DECEMBER, 31, 11, 12, 13);
System.out.println(calendar2.getTime());
输出显示了两个时间,说明时区产生了作用。但,我们更习惯年 / 月 / 日 时: 分: 秒这样的日期时间格式,对现在输出的日期格式还不满意:
Tue Dec 31 11:12:13 CST 2019
Wed Jan 01 00:12:13 CST 2020
那,时区的问题是怎么回事,又怎么格式化需要输出的日期时间呢?接下来,我就与你逐一分析下这两个问题。
时区问题
我们知道,全球有 24 个时区,同一个时刻不同时区(比如中国上海和美国纽约)的时间是不一样的。对于需要全球化的项目,如果初始化时间时没有提供时区,那就不是一个真正意义上的时间,只能认为是我看到的当前时间的一个表示。
关于 Date 类,我们要有两点认识:
- 一是,Date 并无时区问题,世界上任何一台计算机使用 new Date() 初始化得到的时间都一样。因为,Date 中保存的是 UTC 时间,UTC 是以原子钟为基础的统一时间,不以太阳参照计时,并无时区划分。
- 二是,Date 中保存的是一个时间戳,代表的是从 1970 年 1 月 1 日 0 点(Epoch 时间)到现在的毫秒数。尝试输出 Date(0):
System.out.println(new Date(0));
System.out.println(TimeZone.getDefault().getID() + ":" + TimeZone.getDefault().getRawOffset()/3600000);
我得到的是 1970 年 1 月 1 日 8 点。因为我机器当前的时区是中国上海,相比 UTC 时差 +8 小时
Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970
Asia/Shanghai:8
对于国际化(世界各国的人都在使用)的项目,处理好时间和时区问题首先就是要正确保存日期时间。这里有两种保存方式:
- 方式一,以 UTC 保存,保存的时间没有时区属性,是不涉及时区时间差问题的世界统一时间。我们通常说的时间戳,或 Java 中的 Date 类就是用的这种方式,这也是推荐的方式。
- 方式二,以字面量保存,比如年 / 月 / 日 时: 分: 秒,一定要同时保存时区信息。只有有了时区信息,我们才能知道这个字面量时间真正的时间点,否则它只是一个给人看的时间表示,只在当前时区有意义。Calendar 是有时区概念的,所以我们通过不同的时区初始化 Calendar,得到了不同的时间。
正确保存日期时间之后,就是正确展示,即我们要使用正确的时区,把时间点展示为符合当前时区的时间表示。到这里,我们就能理解为什么会有所谓的“时间错乱”问题了。接下来,我再通过实际案例分析一下,从字面量解析成时间和从时间格式化为字面量这两类问题。
第一类是,对于同一个时间表示,比如 2020-01-02 22:00:00,不同时区的人转换成 Date 会得到不同的时间(时间戳):
String stringDate = "2020-01-02 22:00:00";
SimpleDateFormat inputFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
//默认时区解析时间表示
Date date1 = inputFormat.parse(stringDate);
System.out.println(date1 + ":" + date1.getTime());
//纽约时区解析时间表示
inputFormat.setTimeZone(TimeZone.getTimeZone("America/New_York"));
Date date2 = inputFormat.parse(stringDate);
System.out.println(date2 + ":" + date2.getTime());
可以看到,把 2020-01-02 22:00:00 这样的时间表示,对于当前的上海时区和纽约时区,转化为 UTC 时间戳是不同的时间:
Thu Jan 02 22:00:00 CST 2020:1577973600000
Fri Jan 03 11:00:00 CST 2020:1578020400000
这正是 UTC 的意义,并不是时间错乱。对于同一个本地时间的表示,不同时区的人解析得到的 UTC 时间一定是不同的,反过来不同的本地时间可能对应同一个 UTC。
第二类是,格式化后出现的错乱,即同一个 Date,在不同的时区下格式化得到不同的时间表示。比如,在我的当前时区和纽约时区格式化 2020-01-02 22:00:00:
String stringDate = "2020-01-02 22:00:00";
SimpleDateFormat inputFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
//同一Date
Date date = inputFormat.parse(stringDate);
//默认时区格式化输出:
System.out.println(new SimpleDateFormat("[yyyy-MM-dd HH:mm:ss Z]").format(date));
//纽约时区格式化输出
TimeZone.setDefault(TimeZone.getTimeZone("America/New_York"));
System.out.println(new SimpleDateFormat("[yyyy-MM-dd HH:mm:ss Z]").format(date));
输出如下,我当前时区的 Offset(时差)是 +8 小时,对于 -5 小时的纽约,晚上 10 点对应早上 9 点:
[2020-01-02 22:00:00 +0800]
[2020-01-02 09:00:00 -0500]
因此,有些时候数据库中相同的时间,由于服务器的时区设置不同,读取到的时间表示不同。这,不是时间错乱,正是时区发挥了作用,因为 UTC 时间需要根据当前时区解析为正确的本地时间。
所以,要正确处理时区,在于存进去和读出来两方面:存的时候,需要使用正确的当前时区来保存,这样 UTC 时间才会正确;读的时候,也只有正确设置本地时区,才能把 UTC 时间转换为正确的当地时间。
- Java 8 推出了新的时间日期类 ZoneId、ZoneOffset、LocalDateTime、ZonedDateTime 和 DateTimeFormatter,处理时区问题更简单清晰。我们再用这些类配合一个完整的例子,来理解一下时间的解析和展示:
- 首先初始化上海、纽约和东京三个时区。我们可以使用 ZoneId.of 来初始化一个标准的时区,也可以使用 ZoneOffset.ofHours 通过一个 offset,来初始化一个具有指定时间差的自定义时区。对于日期时间表示,LocalDateTime 不带有时区属性,所以命名为本地时区的日期时间;而 ZonedDateTime=LocalDateTime+ZoneId,具有时区属性。因此,LocalDateTime 只能认为是一个时间表示,ZonedDateTime 才是一个有效的时间。在这里我们把 2020-01-02 22:00:00 这个时间表示,使用东京时区来解析得到一个 ZonedDateTime。
- 使用 DateTimeFormatter 格式化时间的时候,可以直接通过 withZone 方法直接设置格式化使用的时区。最后,分别以上海、纽约和东京三个时区来格式化这个时间输出:
//一个时间表示
String stringDate = "2020-01-02 22:00:00";
//初始化三个时区
ZoneId timeZoneSH = ZoneId.of("Asia/Shanghai");
ZoneId timeZoneNY = ZoneId.of("America/New_York");
ZoneId timeZoneJST = ZoneOffset.ofHours(9);
//格式化器
DateTimeFormatter dateTimeFormatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
ZonedDateTime date = ZonedDateTime.of(LocalDateTime.parse(stringDate, dateTimeFormatter), timeZoneJST);
//使用DateTimeFormatter格式化时间,可以通过withZone方法直接设置格式化使用的时区
DateTimeFormatter outputFormat = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss Z");
System.out.println(timeZoneSH.getId() + outputFormat.withZone(timeZoneSH).format(date));
System.out.println(timeZoneNY.getId() + outputFormat.withZone(timeZoneNY).format(date));
System.out.println(timeZoneJST.getId() + outputFormat.withZone(timeZoneJST).format(date));
可以看到,相同的时区,经过解析存进去和读出来的时间表示是一样的(比如最后一行);而对于不同的时区,比如上海和纽约,最后输出的本地时间不同。+9 小时时区的晚上 10 点,对于上海是 +8 小时,所以上海本地时间是晚上 9 点;而对于纽约是 -5 小时,差 14 小时,所以是早上 8 点:
Asia/Shanghai2020-01-02 21:00:00 +0800
America/New_York2020-01-02 08:00:00 -0500
+09:002020-01-02 22:00:00 +0900
到这里,我来小结下。要正确处理国际化时间问题,我推荐使用 Java 8 的日期时间类,即使用 ZonedDateTime 保存时间,然后使用设置了 ZoneId 的 DateTimeFormatter 配合 ZonedDateTime 进行时间格式化得到本地时间表示。这样的划分十分清晰、细化,也不容易出错。
接下来,我们继续看看对于日期时间的格式化和解析,使用遗留的 SimpleDateFormat,会遇到哪些问题。
日期时间格式化和解析
每到年底,就有很多开发同学踩时间格式化的坑,比如“这明明是一个 2019 年的日期,怎么使用 SimpleDateFormat 格式化后就提前跨年了”。我们来重现一下这个问题。
初始化一个 Calendar,设置日期时间为 2019 年 12 月 29 日,使用大写的 YYYY 来初始化 SimpleDateFormat:
Locale.setDefault(Locale.SIMPLIFIED_CHINESE);
System.out.println("defaultLocale:" + Locale.getDefault());
Calendar calendar = Calendar.getInstance();
calendar.set(2019, Calendar.DECEMBER, 29,0,0,0);
SimpleDateFormat YYYY = new SimpleDateFormat("YYYY-MM-dd");
System.out.println("格式化: " + YYYY.format(calendar.getTime()));
System.out.println("weekYear:" + calendar.getWeekYear());
System.out.println("firstDayOfWeek:" + calendar.getFirstDayOfWeek());
System.out.println("minimalDaysInFirstWeek:" + calendar.getMinimalDaysInFirstWeek());
得到的输出却是 2020 年 12 月 29 日:
defaultLocale:zh_CN
格式化: 2020-12-29
weekYear:2020
firstDayOfWeek:1
minimalDaysInFirstWeek:1
出现这个问题的原因在于,这位同学混淆了 SimpleDateFormat 的各种格式化模式。JDK 的文档中有说明:小写 y 是年,而大写 Y 是 week year,也就是所在的周属于哪一年。
一年第一周的判断方式是,从 getFirstDayOfWeek() 开始,完整的 7 天,并且包含那一年至少 getMinimalDaysInFirstWeek() 天。这个计算方式和区域相关,对于当前 zh_CN 区域来说,2020 年第一周的条件是,从周日开始的完整 7 天,2020 年包含 1 天即可。显然,2019 年 12 月 29 日周日到 2020 年 1 月 4 日周六是 2020 年第一周,得出的 week year 就是 2020 年。
如果把区域改为法国:
Locale.setDefault(Locale.FRANCE);
那么 week yeay 就还是 2019 年,因为一周的第一天从周一开始算,2020 年的第一周是 2019 年 12 月 30 日周一开始,29 日还是属于去年:
defaultLocale:fr_FR
格式化: 2019-12-29
weekYear:2019
firstDayOfWeek:2
minimalDaysInFirstWeek:4
这个案例告诉我们,没有特殊需求,针对年份的日期格式化,应该一律使用 “y” 而非 “Y”。
除了格式化表达式容易踩坑外,SimpleDateFormat 还有两个著名的坑。
第一个坑是,定义的 static 的 SimpleDateFormat 可能会出现线程安全问题。比如像这样,使用一个 100 线程的线程池,循环 20 次把时间格式化任务提交到线程池处理,每个任务中又循环 10 次解析 2020-01-01 11:12:13 这样一个时间表示:
ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(100);
for (int i = 0; i < 20; i++) {
//提交20个并发解析时间的任务到线程池,模拟并发环境
threadPool.execute(() -> {
for (int j = 0; j < 10; j++) {
try {
System.out.println(simpleDateFormat.parse("2020-01-01 11:12:13"));
} catch (ParseException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
threadPool.shutdown();
threadPool.awaitTermination(1, TimeUnit.HOURS);
运行程序后大量报错,且没有报错的输出结果也不正常,比如 2020 年解析成了 1212 年:
SimpleDateFormat 的作用是定义解析和格式化日期时间的模式。这,看起来这是一次性的工作,应该复用,但它的解析和格式化操作是非线程安全的。我们来分析一下相关源码:
- SimpleDateFormat 继承了 DateFormat,DateFormat 有一个字段 Calendar;
- SimpleDateFormat 的 parse 方法调用 CalendarBuilder 的 establish 方法,来构建 Calendar;
- establish 方法内部先清空 Calendar 再构建 Calendar,整个操作没有加锁。
显然,如果多线程池调用 parse 方法,也就意味着多线程在并发操作一个 Calendar,可能会产生一个线程还没来得及处理 Calendar 就被另一个线程清空了的情况:
public abstract class DateFormat extends Format {
protected Calendar calendar;
}
public class SimpleDateFormat extends DateFormat {
@Override
public Date parse(String text, ParsePosition pos)
{
CalendarBuilder calb = new CalendarBuilder();
parsedDate = calb.establish(calendar).getTime();
return parsedDate;
}
}
class CalendarBuilder {
Calendar establish(Calendar cal) {
...
cal.clear();//清空
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]);//构建
break;
}
}
}
return cal;
}
}
format 方法也类似,你可以自己分析。因此只能在同一个线程复用 SimpleDateFormat,比较好的解决方式是,通过 ThreadLocal 来存放 SimpleDateFormat:
private static ThreadLocal<SimpleDateFormat> threadSafeSimpleDateFormat = ThreadLocal.withInitial(() -> new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"));
第二个坑是,当需要解析的字符串和格式不匹配的时候,SimpleDateFormat 表现得很宽容,还是能得到结果。比如,我们期望使用 yyyyMM 来解析 20160901 字符串:
String dateString = "20160901";
SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyyMM");
System.out.println("result:" + dateFormat.parse(dateString));
居然输出了 2091 年 1 月 1 日,原因是把 0901 当成了月份,相当于 75 年:
result:Mon Jan 01 00:00:00 CST 2091
对于 SimpleDateFormat 的这三个坑,我们使用 Java 8 中的 DateTimeFormatter 就可以避过去。首先,使用 DateTimeFormatterBuilder 来定义格式化字符串,不用去记忆使用大写的 Y 还是小写的 Y,大写的 M 还是小写的 m:
private static DateTimeFormatter dateTimeFormatter = new DateTimeFormatterBuilder()
.appendValue(ChronoField.YEAR) //年
.appendLiteral("/")
.appendValue(ChronoField.MONTH_OF_YEAR) //月
.appendLiteral("/")
.appendValue(ChronoField.DAY_OF_MONTH) //日
.appendLiteral(" ")
.appendValue(ChronoField.HOUR_OF_DAY) //时
.appendLiteral(":")
.appendValue(ChronoField.MINUTE_OF_HOUR) //分
.appendLiteral(":")
.appendValue(ChronoField.SECOND_OF_MINUTE) //秒
.appendLiteral(".")
.appendValue(ChronoField.MILLI_OF_SECOND) //毫秒
.toFormatter();
其次,DateTimeFormatter 是线程安全的,可以定义为 static 使用;最后,DateTimeFormatter 的解析比较严格,需要解析的字符串和格式不匹配时,会直接报错,而不会把 0901 解析为月份。我们测试一下:
//使用刚才定义的DateTimeFormatterBuilder构建的DateTimeFormatter来解析这个时间
LocalDateTime localDateTime = LocalDateTime.parse("2020/1/2 12:34:56.789", dateTimeFormatter);
//解析成功
System.out.println(localDateTime.format(dateTimeFormatter));
//使用yyyyMM格式解析20160901是否可以成功呢?
String dt = "20160901";
DateTimeFormatter dateTimeFormatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyyMM");
System.out.println("result:" + dateTimeFormatter.parse(dt));
输出日志如下:
2020/1/2 12:34:56.789
Exception in thread "main" java.time.format.DateTimeParseException: Text '20160901' could not be parsed at index 0
at java.time.format.DateTimeFormatter.parseResolved0(DateTimeFormatter.java:1949)
at java.time.format.DateTimeFormatter.parse(DateTimeFormatter.java:1777)
at org.geekbang.time.commonmistakes.datetime.dateformat.CommonMistakesApplication.better(CommonMistakesApplication.java:80)
at org.geekbang.time.commonmistakes.datetime.dateformat.CommonMistakesApplication.main(CommonMistakesApplication.java:41)
到这里我们可以发现,使用 Java 8 中的 DateTimeFormatter 进行日期时间的格式化和解析,显然更让人放心。那么,对于日期时间的运算,使用 Java 8 中的日期时间类会不会更简单呢?
日期时间的计算
关于日期时间的计算,我先和你说一个常踩的坑。有些同学喜欢直接使用时间戳进行时间计算,比如希望得到当前时间之后 30 天的时间,会这么写代码:直接把 new Date().getTime 方法得到的时间戳加 30 天对应的毫秒数,也就是 30 天 *1000 毫秒 *3600 秒 *24 小时:
Date today = new Date();
Date nextMonth = new Date(today.getTime() + 30 * 1000 * 60 * 60 * 24);
System.out.println(today);
System.out.println(nextMonth);
得到的日期居然比当前日期还要早,根本不
Sat Feb 01 14:17:41 CST 2020
Mon Mar 02 14:17:41 CST 2020
是晚 30 天的时间:
Sat Feb 01 14:17:41 CST 2020
Sun Jan 12 21:14:54 CST 2020
出现这个问题,其实是因为 int 发生了溢出。修复方式就是把 30 改为 30L,让其成为一个 long:
Date today = new Date();
Date nextMonth = new Date(today.getTime() + 30L * 1000 * 60 * 60 * 24);
System.out.println(today);
System.out.println(nextMonth);
这样就可以得到正确结果了:
Sat Feb 01 14:17:41 CST 2020
Mon Mar 02 14:17:41 CST 2020
不难发现,手动在时间戳上进行计算操作的方式非常容易出错。对于 Java 8 之前的代码,我更建议使用 Calendar:
Calendar c = Calendar.getInstance();
c.setTime(new Date());
c.add(Calendar.DAY_OF_MONTH, 30);
System.out.println(c.getTime());
并且,对日期时间做计算操作,Java 8 日期时间 API 会比 Calendar 功能强大很多。
第一,可以使用各种 minus 和 plus 方法直接对日期进行加减操作,比如如下代码实现了减一天和加一天,以及减一个月和加一个月:
System.out.println("//测试操作日期");
System.out.println(LocalDate.now()
.minus(Period.ofDays(1))
.plus(1, ChronoUnit.DAYS)
.minusMonths(1)
.plus(Period.ofMonths(1)));
可以得到:
//测试操作日期
2020-02-01
第二,还可以通过 with 方法进行快捷时间调节,比如:
- 使用 TemporalAdjusters.firstDayOfMonth 得到当前月的第一天;使用 TemporalAdjusters.firstDayOfYear() 得到当前年的第一天;使用 TemporalAdjusters.previous(DayOfWeek.SATURDAY) 得到上一个周六;使用 TemporalAdjusters.lastInMonth(DayOfWeek.FRIDAY) 得到本月最后一个周五。
System.out.println("//本月的第一天");
System.out.println(LocalDate.now().with(TemporalAdjusters.firstDayOfMonth()));
System.out.println("//今年的程序员日");
System.out.println(LocalDate.now().with(TemporalAdjusters.firstDayOfYear()).plusDays(255));
System.out.println("//今天之前的一个周六");
System.out.println(LocalDate.now().with(TemporalAdjusters.previous(DayOfWeek.SATURDAY)));
System.out.println("//本月最后一个工作日");
System.out.println(LocalDate.now().with(TemporalAdjusters.lastInMonth(DayOfWeek.FRIDAY)));
输出如下:
//本月的第一天
2020-02-01
//今年的程序员日
2020-09-12
//今天之前的一个周六
2020-01-25
//本月最后一个工作日
2020-02-28
第三,可以直接使用 lambda 表达式进行自定义的时间调整。比如,为当前时间增加 100 天以内的随机天数:
System.out.println(LocalDate.now().with(temporal -> temporal.plus(ThreadLocalRandom.current().nextInt(100), ChronoUnit.DAYS)));
得到:
2020-03-15
使用 Java 8 操作和计算日期时间虽然方便,但计算两个日期差时可能会踩坑:Java 8 中有一个专门的类 Period 定义了日期间隔,通过 Period.between 得到了两个 LocalDate 的差,返回的是两个日期差几年零几月零几天。如果希望得知两个日期之间差几天,直接调用 Period 的 getDays() 方法得到的只是最后的“零几天”,而不是算总的间隔天数。
比如,计算 2019 年 12 月 12 日和 2019 年 10 月 1 日的日期间隔,很明显日期差是 2 个月零 11 天,但获取 getDays 方法得到的结果只是 11 天,而不是 72 天:
System.out.println("//计算日期差");
LocalDate today = LocalDate.of(2019, 12, 12);
LocalDate specifyDate = LocalDate.of(2019, 10, 1);
System.out.println(Period.between(specifyDate, today).getDays());
System.out.println(Period.between(specifyDate, today));
System.out.println(ChronoUnit.DAYS.between(specifyDate, today));
可以使用 ChronoUnit.DAYS.between 解决这个问题:文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-812220.html
//计算日期差
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文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-812220.html
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