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DateCalendarTimeZone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LocalDateTimeZonedDateTimeZoneId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1900getMonth()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

CalendarDate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+09:00Asia/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:

  1. 清除所有字段;
  2. 设定指定时区;
  3. 设定日期和时间;
  4. 创建SimpleDateFormat并设定目标时区;
  5. 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:LocalDateTimeLocalDateLocalTime
  • 带时区的日期和时间:ZonedDateTime
  • 时刻:Instant
  • 时区:ZoneIdZoneOffset
  • 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LocalDateLocalTime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()isAfter()可以判断日期和时间的先后;

使用DurationPeriod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LocalDateTimeZoneIdZoneIdjava.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;
ZonedDateTimeLocalDateTime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LocalDateTimeZonedLocalDateTime时,我们要进行格式化显示,就要使用DateTimeFormatter

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

ZonedDateTimeLocalDateTime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,LocalDateTimeZoneIdInstantZonedDateTimelong都可以互相转换:

java simpledateFormat 东八区时间 东八区时间表示_System


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DateCalendar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。