17 Java 日期与时间
本文为个人学习摘要笔记。 原文地址:廖雪峰 Java 教程之日期和时间
本地化
在计算机中,通常使用 Locale 表示一个国家或地区的日期、时间、数字、货币等格式。Locale 由 语言_国家 的字母缩写构成,例如,zh_CN 表示中文+中国,en_US 表示英文+美国。语言使用小写,国家使用大写。
对于日期来说,不同的 Locale 会有不同的表示方式,例如,中国和美国的表示方式如下:
zh_CN:2016-11-30
en_US:11/30/2016计算机用 Locale 在日期、时间、货币和字符串之间进行转换。
Epoch Time
Epoch Time 即我们常说的时间戳,是计算从 1970 年 1 月 1 日零点(格林威治时区/GMT+00:00)到现在所经历的秒数。在不同的编程语言中,会有几种存储方式:
以秒为单位的整数:1574208900,缺点是精度只能到秒;
以毫秒为单位的整数:1574208900123,最后 3 位表示毫秒数;
以秒为单位的浮点数:1574208900.123,小数点后面表示零点几秒。
在 Java 程序中,时间戳通常是用 long 表示的毫秒数:
long t = 1574208900123L;要获取当前时间戳,可以使用 System.currentTimeMillis(),这是 Java 程序获取时间戳最常用的方法
标准库
Java 标准库有两套处理日期和时间的 API:
一套定义在
java.util这个包里面,主要包括Date、Calendar和TimeZone这几个类;一套新的 API 是在 Java 8 引入的,定义在
java.time这个包里面,主要包括LocalDateTime、ZonedDateTime、ZoneId等。
为什么会有新旧两套 API 呢?因为历史遗留原因,旧的 API 存在很多问题,所以引入了新的 API。因为很多遗留代码仍然使用旧的 API,所以目前仍然需要对旧的 API 有一定了解,很多时候还需要在新旧两种对象之间进行转换。
Date 和 Calendar
Date
java.util.Date 是用于表示一个日期和时间的对象,注意与 java.sql.Date 区分,后者用在数据库中。如果观察 Date 的源码,可以发现它实际上存储了一个 long 类型的以毫秒表示的时间戳:
Date 的基本用法:
执行输入:
注意 getYear() 返回的年份必须加上 1900,getMonth() 返回的月份是 0~11 分别表示 1~12 月,所以要加 1,而 getDate() 返回的日期范围是 1~31,又不能加 1。
打印本地时区表示的日期和时间时,不同的计算机可能会有不同的结果。如果我们想要针对用户的偏好精确地控制日期和时间的格式,就可以使用 SimpleDateFormat 对一个 Date 进行转换。它用预定义的字符串表示格式化:
yyyy:年
MM:月
dd:日
HH:小时(0-23)
mm:分钟
ss:秒
kk:小时(1-24)
更多格式参考 JDK 文档。
自定义格式输出:
Date 对象有几个严重的问题:它不能转换时区,除了 toGMTString() 可以按 GMT+0:00 输出外,Date 总是以当前计算机系统的默认时区为基础进行输出。此外,我们也很难对日期和时间进行加减,计算两个日期相差多少天,计算某个月第一个星期一的日期等。
Calendar
Calendar 可以用于获取并设置年、月、日、时、分、秒,它和 Date 比,主要多了一个可以做简单的日期和时间运算的功能。
Calendar 获取年月日这些信息变成了 get(int field),返回的年份不必转换,返回的月份仍然要加 1,返回的星期要特别注意,1~7 分别表示周日、周一至周六。
Calendar 只有一种方式获取,即 Calendar.getInstance(),而且一获取到就是当前时间。如果我们想给它设置成特定的一个日期和时间,就必须先清除所有字段。
利用 Calendar.getTime() 可以将一个 Calendar 对象转换成 Date 对象,然后就可以用 SimpleDateFormat 进行格式化了。
TimeZone
Calendar 和 Date 相比,它提供了时区转换的功能。时区用 TimeZone 对象表示:
时区的唯一标识是以字符串表示的 ID,我们获取指定 TimeZone 对象也是以这个 ID 为参数获取,GMT+09:00、Asia/Shanghai 都是有效的时区 ID。使用 TimeZone.getAvailableIDs() 可以列出系统支持的所有 ID。
利用时区就可以对指定时间进行转换。利用 Calendar 进行时区转换的步骤是:
清除所有字段;
设定指定时区;
设定日期和时间;
创建
SimpleDateFormat并设定目标时区;格式化获取的
Date对象。
注意 Date 对象无时区信息,时区信息存储在 SimpleDateFormat 中,本质上时区转换只能通过 SimpleDateFormat 在显示的时候完成。
下面的例子演示了如何将北京时间 2019-11-20 8:15:00 转换为纽约时间:
Calendar 也可以对日期和时间进行简单的加减:
LocalDateTime
从 Java 8 开始,java.time 包提供了新的日期和时间 API,主要涉及的类型有:
本地日期和时间:
LocalDateTime,LocalDate,LocalTime;带时区的日期和时间:
ZonedDateTime;时刻:
Instant;时区:
ZoneId,ZoneOffset;时间间隔:
Duration。以及一套新的用于取代
SimpleDateFormat的格式化类型DateTimeFormatter。
和旧的 API 相比,新 API 严格区分了时刻、本地日期、本地时间和带时区的日期时间,并且,对日期和时间进行运算更加方便。
此外,新 API 修正了旧 API 不合理的常量设计:
Month 的范围用 1~12 表示 1 月到 12 月;
Week 的范围用 1~7 表示周一到周日。
最后,新 API 的类型几乎全部是不变类型(和 String 类似),可以放心使用不必担心被修改。
LocalDateTime 表示一个本地日期和时间,本地日期和时间通过 now() 获取,且总是以当前默认时区返回,和旧 API 不同,LocalDateTime、LocalDate 和 LocalTime 默认严格按照 ISO 8601 规定的日期和时间格式进行打印。
在上面栗子中,在获取 3 个类型的时候,由于执行一行代码总会消耗一点时间,因此,3 个类型的日期和时间很可能对不上(毫秒数不同)。为了保证获取到同一时刻的日期和时间,可以通过互相转换来获取一个相同的时刻:
同理,也可以反过来,通过指定的日期和时间创建 LocalDateTime 可以通过 of() 方法:
因为严格按照 ISO 8601 的格式,因此,将字符串转换为 LocalDateTime 就可以传入标准格式:
ISO 8601 规定的日期和时间分隔符是 T。标准格式如下:
日期:
yyyy-MM-dd时间:
HH:mm:ss带毫秒的时间:
HH:mm:ss.SSS日期和时间:
yyyy-MM-dd'T'HH:mm:ss带毫秒的日期和时间:
yyyy-MM-dd'T'HH:mm:ss.SSS
LocalDateTime 提供了对日期和时间进行加减的非常简单的链式调用:
月份加减会自动调整日期,例如从 2019-10-31 减去 1 个月得到的结果是 2019-09-30,因为 9 月没有 31 日。
对日期和时间进行调整则使用 withXxx() 方法,例如:withHour(15) 会把 10:11:12 变为 15:11:12。
调整年:
withYear()调整月:
withMonth()调整日:
withDayOfMonth()调整时:
withHour()调整分:
withMinute()调整秒:
withSecond()
LocalDateTime 还有一个通用的 with() 方法允许我们做更复杂的运算:
要判断两个 LocalDateTime 的先后,可以使用 isBefore()、isAfter() 方法,对于 LocalDate 和 LocalTime 类似:
DateTimeFormatter
DateTimeFormatter 可以自定义输出的格式,或者要把一个非 ISO 8601 格式的字符串解析成 LocalDateTime。
注意到 LocalDateTime 无法与时间戳进行转换,因为 LocalDateTime 没有时区,无法确定某一时刻。后面我们要介绍的 ZonedDateTime 相当于 LocalDateTime 加时区的组合,它具有时区,可以与 long 表示的时间戳进行转换。
Duration 和 Period
Duration 表示两个时刻之间的时间间隔。另一个类似的 Period 表示两个日期之间的天数:
注意到两个 LocalDateTime 之间的差值使用 Duration 表示,类似 PT1235H10M30S,表示 1235 小时 10 分钟 30 秒。而两个 LocalDate 之间的差值用 Period 表示,类似 P1M21D,表示 1 个月 21 天。
Duration 和 Period 的表示方法也符合 ISO 8601 的格式,它以 P...T... 的形式表示,P...T 之间表示日期间隔,T 后面表示时间间隔。如果是 PT... 的格式表示仅有时间间隔。
利用 ofXxx() 或者 parse() 方法也可以直接创建 Duration:
ZonedDateTime
LocalDateTime 总是表示本地日期和时间,要表示一个带时区的日期和时间,我们就需要 ZonedDateTime。
可以简单地把 ZonedDateTime 理解成 LocalDateTime 加 ZoneId。ZoneId 是 java.time 引入的新的时区类,注意和旧的 java.util.TimeZone 区别。
要创建一个 ZonedDateTime 对象,有以下几种方法:
通过
now()方法返回当前时间:
通过给一个
LocalDateTime附加一个ZoneId,就可以变成ZonedDateTime:
时区转换
要转换时区,首先我们需要有一个 ZonedDateTime 对象,然后,通过 withZoneSameInstant() 将关联时区转换到另一个时区,转换后日期和时间都会相应调整。
举个栗子,将北京时间转换为纽约时间:
DateTimeFormatter
使用旧的 Date 对象时,我们用 SimpleDateFormat 进行格式化显示。使用新的 LocalDateTime 或 ZonedLocalDateTime 时,我们要进行格式化显示,就要使用 DateTimeFormatter。
和 SimpleDateFormat 不同的是,DateTimeFormatter 不但是不变对象,它还是线程安全的。现在我们只需要记住:因为 SimpleDateFormat 不是线程安全的,使用的时候,只能在方法内部创建新的局部变量。而 DateTimeFormatter 可以只创建一个实例,到处引用。
创建 DateTimeFormatter 时,通过传入格式化字符串实现:
格式化字符串的使用方式与 SimpleDateFormat 完全一致。
另一种创建 DateTimeFormatter 的方法是,传入格式化字符串时,同时指定 Locale:
使用效果:
Instant
计算机存储的当前时间,本质上只是一个不断递增的整数。Java 提供的 System.currentTimeMillis() 返回的就是以毫秒表示的当前时间戳。
这个当前时间戳在 java.time 中以 Instant 类型表示,我们用 Instant.now() 获取当前时间戳,效果和 System.currentTimeMillis() 类似:
实际上,Instant 内部只有两个核心字段:
一个是以秒为单位的时间戳,一个是更精确的纳秒精度。它和 System.currentTimeMillis() 返回的 long 相比,只是多了更高精度的纳秒。
既然 Instant 就是时间戳,那么,给它附加上一个时区,就可以创建出 ZonedDateTime:
对于某一个时间戳,给它关联上指定的 ZoneId,就得到了 ZonedDateTime,继而可以获得了对应时区的 LocalDateTime。
所以,LocalDateTime,ZoneId,Instant,ZonedDateTime 和 long 都可以互相转换:
最佳实践
由于 Java 提供了新旧两套日期和时间的 API,除非涉及到遗留代码,否则我们应该坚持使用新的 API。
旧 API 转新 API
如果要把旧式的 Date 或 Calendar 转换为新 API 对象,可以通过 toInstant() 方法转换为 Instant 对象,再继续转换为 ZonedDateTime:
上面栗子可以看出,旧的 TimeZone 提供了一个 toZoneId(),可以把自己变成新的 ZoneId。
新 API 转旧 API
如果要把新的 ZonedDateTime 转换为旧的 API 对象,只能借助 long 型时间戳做一个“中转”:
上面栗子可以看出,新的 ZoneId 转换为旧的 TimeZone,需要借助 ZoneId.getId() 返回的 String 完成。
在数据库中存储日期和时间
除了旧式的 java.util.Date,我们还可以找到另一个 java.sql.Date,它继承自 java.util.Date,但会自动忽略所有时间相关信息。这个奇葩的设计原因要追溯到数据库的日期与时间类型。
在数据库中,也存在几种日期和时间类型:
DATETIME:表示日期和时间;DATE:仅表示日期;TIME:仅表示时间;TIMESTAMP:和DATETIME类似,但是数据库会在创建或者更新记录的时候同时修改TIMESTAMP。
在使用 Java 程序操作数据库时,我们需要把数据库类型与 Java 类型映射起来。下表是数据库类型与 Java 新旧 API 的映射关系:
DATETIME
java.util.Date
LocalDateTime
DATE
java.sql.Date
LocalDate
TIME
java.sql.Time
LocalTime
TIMESTAMP
java.sql.Timestamp
LocalDateTime
实际上,在数据库中,我们需要存储的最常用的是时刻(Instant),因为有了时刻信息,就可以根据用户自己选择的时区,显示出正确的本地时间。所以,最好的方法是直接用长整数 long 表示,在数据库中存储为 BIGINT 类型。时间戳具有省空间,效率高,不依赖数据库的优点。
通过存储一个 long 型时间戳,我们可以编写一个 timestampToString() 的方法,非常简单地为不同用户以不同的偏好来显示不同的本地时间:
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