基本概念
时区
因为光靠本地时间还无法唯一确定一个准确的时刻,所以我们还需要给本地时间加上一个时区。时区有好几种表示方式。
一种是以GMT
或者UTC
加时区偏移表示,例如:GMT+08:00
或者UTC+08:00
表示东八区。
Date和Calendar
看看以下几种日期和时间:
- 2019-11-20 0:15:01 GMT+00:00
- 2019年11月20日8:15:01
- 11/19/2019 19:15:01 America/New_York
它们实际上是数据的展示格式,分别按英国时区、中国时区、纽约时区对同一个时刻进行展示。而这个“同一个时刻”在计算机中存储的本质上只是一个整数,我们称它为Epoch Time
。
Epoch Time
又称为时间戳,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。
它们之间转换非常简单。而在Java程序中,时间戳通常是用long
表示的毫秒数,即:
long t = 1574208900123L;
转换成北京时间就是2019-11-20T8:15:00.123
。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API
我们再来看一下Java标准库提供的API。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。
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:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 获取当前时间:
Date date = new Date();
System.out.println(date.getYear() + 1900); // 必须加上1900
System.out.println(date.getMonth() + 1); // 0~11,必须加上1
System.out.println(date.getDate()); // 1~31,不能加1
// 转换为String:
System.out.println(date.toString());
// 转换为GMT时区:
System.out.println(date.toGMTString());
// 转换为本地时区:
System.out.println(date.toLocaleString());
}
}
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
- mm: 分钟
- ss: 秒
我们来看如何以自定义的格式输出:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 获取当前时间:
Date date = new Date();
var sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
System.out.println(sdf.format(date));
}
}
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。
我们来看Calendar
的基本用法:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 获取当前时间:
Calendar c = Calendar.getInstance();
int y = c.get(Calendar.YEAR);
int m = 1 + c.get(Calendar.MONTH);
int d = c.get(Calendar.DAY_OF_MONTH);
int w = c.get(Calendar.DAY_OF_WEEK);
int hh = c.get(Calendar.HOUR_OF_DAY);
int mm = c.get(Calendar.MINUTE);
int ss = c.get(Calendar.SECOND);
int ms = c.get(Calendar.MILLISECOND);
System.out.println(y + "-" + m + "-" + d + " " + w + " " + hh + ":" + mm + ":" + ss + "." + ms);
}
}
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:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 当前时间:
Calendar c = Calendar.getInstance();
// 清除所有:
c.clear();
// 设置2019年:
c.set(Calendar.YEAR, 2019);
// 设置9月:注意8表示9月:
c.set(Calendar.MONTH, 8);
// 设置2日:
c.set(Calendar.DATE, 2);
// 设置时间:
c.set(Calendar.HOUR_OF_DAY, 21);
c.set(Calendar.MINUTE, 22);
c.set(Calendar.SECOND, 23);
System.out.println(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(c.getTime()));
// 2019-09-02 21:22:23
}
}
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:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
TimeZone tzDefault = TimeZone.getDefault(); // 当前时区
TimeZone tzGMT9 = TimeZone.getTimeZone("GMT+09:00"); // GMT+9:00时区
TimeZone tzNY = TimeZone.getTimeZone("America/New_York"); // 纽约时区
System.out.println(tzDefault.getID()); // Asia/Shanghai
System.out.println(tzGMT9.getID()); // GMT+09:00
System.out.println(tzNY.getID()); // America/New_York
}
}
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。要列出系统支持的所有ID,请使用TimeZone.getAvailableIDs()
。
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 当前时间:
Calendar c = Calendar.getInstance();
// 清除所有:
c.clear();
// 设置为北京时区:
c.setTimeZone(TimeZone.getTimeZone("Asia/Shanghai"));
// 设置年月日时分秒:
c.set(2019, 10 /* 11月 */, 20, 8, 15, 0);
// 显示时间:
var sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
sdf.setTimeZone(TimeZone.getTimeZone("America/New_York"));
System.out.println(sdf.format(c.getTime()));
// 2019-11-19 19:15:00
}
}
可见,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)。
Calendar
也可以对日期和时间进行简单的加减:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 当前时间:
Calendar c = Calendar.getInstance();
// 清除所有:
c.clear();
// 设置年月日时分秒:
c.set(2019, 10 /* 11月 */, 20, 8, 15, 0);
// 加5天并减去2小时:
c.add(Calendar.DAY_OF_MONTH, 5);
c.add(Calendar.HOUR_OF_DAY, -2);
// 显示时间:
var sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
Date d = c.getTime();
System.out.println(sdf.format(d));
// 2019-11-25 6:15:00
}
}
小结
计算机表示的时间是以整数表示的时间戳存储的,即Epoch Time
,Java使用long
型来表示以毫秒为单位的时间戳,通过System.currentTimeMillis()
获取当前时间戳。
Java有两套日期和时间的API:
- 旧的Date、Calendar和TimeZone;
- 新的LocalDateTime、ZonedDateTime、ZoneId等。
分别位于java.util和java.time包中。
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
。
LocalDateTime
我们首先来看最常用的LocalDateTime
,它表示一个本地日期和时间:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
LocalDate d = LocalDate.now(); // 当前日期
LocalTime t = LocalTime.now(); // 当前时间
LocalDateTime dt = LocalDateTime.now(); // 当前日期和时间
System.out.println(d); // 严格按照ISO 8601格式打印
System.out.println(t); // 严格按照ISO 8601格式打印
System.out.println(dt); // 严格按照ISO 8601格式打印
}
}
通过指定的日期和时间创建LocalDateTime
可以通过of()
方法:
// 指定日期和时间:
LocalDate d2 = LocalDate.of(2019, 11, 30); // 2019-11-30, 注意11=11月
LocalTime t2 = LocalTime.of(15, 16, 17); // 15:16:17
LocalDateTime dt2 = LocalDateTime.of(2019, 11, 30, 15, 16, 17);
LocalDateTime dt3 = LocalDateTime.of(d2, t2);
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:
LocalDateTime dt = LocalDateTime.parse("2019-11-19T15:16:17");
LocalDate d = LocalDate.parse("2019-11-19");
LocalTime t = LocalTime.parse("15:16:17");
注意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
DateTimeFormatter
如果要自定义输出的格式,或者要把一个非ISO 8601格式的字符串解析成LocalDateTime
,可以使用新的DateTimeFormatter
:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 自定义格式化:
DateTimeFormatter dtf = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy/MM/dd HH:mm:ss");
System.out.println(dtf.format(LocalDateTime.now()));
// 用自定义格式解析:
LocalDateTime dt2 = LocalDateTime.parse("2019/11/30 15:16:17", dtf);
System.out.println(dt2);
}
}
LocalDateTime
提供了对日期和时间进行加减的非常简单的链式调用:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
LocalDateTime dt = LocalDateTime.of(2019, 10, 26, 20, 30, 59);
System.out.println(dt);
// 加5天减3小时:
LocalDateTime dt2 = dt.plusDays(5).minusHours(3);
System.out.println(dt2); // 2019-10-31T17:30:59
// 减1月:
LocalDateTime dt3 = dt2.minusMonths(1);
System.out.println(dt3); // 2019-09-30T17:30:59
}
}
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()
示例代码如下:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
LocalDateTime dt = LocalDateTime.of(2019, 10, 26, 20, 30, 59);
System.out.println(dt);
// 日期变为31日:
LocalDateTime dt2 = dt.withDayOfMonth(31);
System.out.println(dt2); // 2019-10-31T20:30:59
// 月份变为9:
LocalDateTime dt3 = dt2.withMonth(9);
System.out.println(dt3); // 2019-09-30T20:30:59
}
}
实际上,LocalDateTime
还有一个通用的with()
方法允许我们做更复杂的运算。例如:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 本月第一天0:00时刻:
LocalDateTime firstDay = LocalDate.now().withDayOfMonth(1).atStartOfDay();
System.out.println(firstDay);
// 本月最后1天:
LocalDate lastDay = LocalDate.now().with(TemporalAdjusters.lastDayOfMonth());
System.out.println(lastDay);
// 下月第1天:
LocalDate nextMonthFirstDay = LocalDate.now().with(TemporalAdjusters.firstDayOfNextMonth());
System.out.println(nextMonthFirstDay);
// 本月第1个周一:
LocalDate firstWeekday = LocalDate.now().with(TemporalAdjusters.firstInMonth(DayOfWeek.MONDAY));
System.out.println(firstWeekday);
}
}
对于计算某个月第1个周日这样的问题,新的API可以轻松完成。
要判断两个LocalDateTime
的先后,可以使用isBefore()
、isAfter()
方法,对于LocalDate
和LocalTime
类似:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
LocalDateTime target = LocalDateTime.of(2019, 11, 19, 8, 15, 0);
System.out.println(now.isBefore(target));
System.out.println(LocalDate.now().isBefore(LocalDate.of(2019, 11, 19)));
System.out.println(LocalTime.now().isAfter(LocalTime.parse("08:15:00")));
}
}
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:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
LocalDateTime start = LocalDateTime.of(2019, 11, 19, 8, 15, 0);
LocalDateTime end = LocalDateTime.of(2020, 1, 9, 19, 25, 30);
Duration d = Duration.between(start, end);
System.out.println(d); // PT1235H10M30S
Period p = LocalDate.of(2019, 11, 19).until(LocalDate.of(2020, 1, 9));
System.out.println(p); // P1M21D
}
}
小结
Java 8引入了新的日期和时间API,它们是不变类,默认按ISO 8601标准格式化和解析;
使用LocalDateTime
可以非常方便地对日期和时间进行加减,或者调整日期和时间,它总是返回新对象;
使用isBefore()
和isAfter()
可以判断日期和时间的先后;
使用Duration
和Period
可以表示两个日期和时间的“区间间隔”。
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,一种是通过now()
方法返回当前时间:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
ZonedDateTime zbj = ZonedDateTime.now(); // 默认时区
ZonedDateTime zny = ZonedDateTime.now(ZoneId.of("America/New_York")); // 用指定时区获取当前时间
System.out.println(zbj);
System.out.println(zny);
}
}
另一种方式是通过给一个LocalDateTime
附加一个ZoneId
,就可以变成ZonedDateTime
:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
LocalDateTime ldt = LocalDateTime.of(2019, 9, 15, 15, 16, 17);
ZonedDateTime zbj = ldt.atZone(ZoneId.systemDefault());
ZonedDateTime zny = ldt.atZone(ZoneId.of("America/New_York"));
System.out.println(zbj);
System.out.println(zny);
}
}
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。
下面的代码演示了如何将北京时间转换为纽约时间:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 以中国时区获取当前时间:
ZonedDateTime zbj = ZonedDateTime.now(ZoneId.of("Asia/Shanghai"));
// 转换为纽约时间:
ZonedDateTime zny = zbj.withZoneSameInstant(ZoneId.of("America/New_York"));
System.out.println(zbj);
System.out.println(zny);
}
}
有了ZonedDateTime
,将其转换为本地时间就非常简单:
ZonedDateTime zdt = ...
LocalDateTime ldt = zdt.toLocalDateTime();
转换为LocalDateTime
时,直接丢弃了时区信息。
小结
ZonedDateTime
是带时区的日期和时间,可用于时区转换;ZonedDateTime
和LocalDateTime
可以相互转换。
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。线程的概念我们会在后面涉及到。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,我们仍然通过传入格式化字符串实现:
DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm");
另一种创建DateTimeFormatter
的方法是,传入格式化字符串时,同时指定Locale
:
DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("E, yyyy-MMMM-dd HH:mm", Locale.US);
这种方式可以按照Locale
默认习惯格式化。我们来看实际效果:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
ZonedDateTime zdt = ZonedDateTime.now();
var formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd'T'HH:mm ZZZZ");
System.out.println(formatter.format(zdt));
var zhFormatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy MMM dd EE HH:mm", Locale.CHINA);
System.out.println(zhFormatter.format(zdt));
var usFormatter = DateTimeFormatter.ofPattern("E, MMMM/dd/yyyy HH:mm", Locale.US);
System.out.println(usFormatter.format(zdt));
}
}
在格式化字符串中,如果需要输出固定字符,可以用'xxx'
表示。
当我们直接调用System.out.println()
对一个ZonedDateTime
或者LocalDateTime
实例进行打印的时候,实际上,调用的是它们的toString()
方法,默认的toString()
方法显示的字符串就是按照ISO 8601格式显示的,我们可以通过DateTimeFormatter
预定义的几个静态变量来引用:
var ldt = LocalDateTime.now();
System.out.println(DateTimeFormatter.ISO_DATE.format(ldt));
System.out.println(DateTimeFormatter.ISO_DATE_TIME.format(ldt));
得到的输出和toString()
类似:
2019-09-15
2019-09-15T23:16:51.56217
小结
对ZonedDateTime
或LocalDateTime
进行格式化,需要使用DateTimeFormatter
类;
DateTimeFormatter
可以通过格式化字符串和Locale
对日期和时间进行定制输出。
Instant
我们已经讲过,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:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Instant now = Instant.now();
System.out.println(now.getEpochSecond()); // 秒
System.out.println(now.toEpochMilli()); // 毫秒
}
}
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
:
// 以指定时间戳创建Instant:
Instant ins = Instant.ofEpochSecond(1568568760);
ZonedDateTime zdt = ins.atZone(ZoneId.systemDefault());
System.out.println(zdt); // 2019-09-16T01:32:40+08:00[Asia/Shanghai]
所以,LocalDateTime
,ZoneId
,Instant
,ZonedDateTime
和long
都可以互相转换:
转换的时候,只需要留意long
类型以毫秒还是秒为单位即可。
小结
Instant
表示高精度时间戳,它可以和ZonedDateTime
以及long
互相转换。
最佳实践
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
:
// Date -> Instant:
Instant ins1 = new Date().toInstant();
// Calendar -> Instant -> ZonedDateTime:
Calendar calendar = Calendar.getInstance();
Instant ins2 = Calendar.getInstance().toInstant();
ZonedDateTime zdt = ins2.atZone(calendar.getTimeZone().toZoneId());
从上面的代码还可以看到,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”:
// ZonedDateTime -> long:
ZonedDateTime zdt = ZonedDateTime.now();
long ts = zdt.toEpochSecond() * 1000;
// long -> Date:
Date date = new Date(ts);
// long -> Calendar:
Calendar calendar = Calendar.getInstance();
calendar.clear();
calendar.setTimeZone(TimeZone.getTimeZone(zdt.getZone().getId()));
calendar.setTimeInMillis(zdt.toEpochSecond() * 1000);
从上面的代码还可以看到,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:
数据库 | 对应Java类(旧) | 对应Java类(新) |
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。
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:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
long ts = 1574208900000L;
System.out.println(timestampToString(ts, Locale.CHINA, "Asia/Shanghai"));
System.out.println(timestampToString(ts, Locale.US, "America/New_York"));
}
static String timestampToString(long epochMilli, Locale lo, String zoneId) {
Instant ins = Instant.ofEpochMilli(epochMilli);
DateTimeFormatter f = DateTimeFormatter.ofLocalizedDateTime(FormatStyle.MEDIUM, FormatStyle.SHORT);
return f.withLocale(lo).format(ZonedDateTime.ofInstant(ins, ZoneId.of(zoneId)));
}
}
小结
处理日期和时间时,尽量使用新的java.time
包;
在数据库中存储时间戳时,尽量使用long
型时间戳,它具有省空间,效率高,不依赖数据库的优点。