最近在家办工接到的一项工作是和时区有关的，据用户反馈，由于美国的 Puerto Rico 州不使用 夏令时 ，在其他州施行夏令时时，这个州的用户选不到适合自己的时区，导致时间无法正确显示。最终笔者为软件添加了太平洋标准时区解决了这个问题。

时区、夏令时、标准时间…日期和时间是计算机处理的重要数据，在绝大多数软件程序中，我们都要和日期和时间打交道。本篇文章我们将系统地学习 Java 对日期和时间的处理。（本文参考了 廖雪峰 Java 教程-日期和时间（点击链接查看） 文章中的资料，事实上，笔者并不认为本文比廖大佬的文章更好，有时间的读者可以直接阅读原教程。）

一、时区

​地球人都知道，我们地球是自西向东自转的，所以东边会比西边早看到太阳，东边的时间也总比西边的快。如果全球采用统一的时间，比如都用北京时间，会产生什么问题呢？

当正午十二点的太阳照射到北京时，身处地球另一面的纽约还是漆黑一片。对于纽约来说，日常作息时间就成了晚上九点开始上班，因为那时太阳刚刚升起；所有纽约人都上班到第二天早上六点下班，因为那时太阳刚刚落下。

虽然对于长期居住在一个地方的人来说，他可以适应自己本地的作息时间，但当他去其他地方旅游或是与其他地方的人交流时，就必须查询当地的作息时间，这会带来很大的不便。

于是，在 1879 年，加拿大铁路工程师弗莱明首次提出全世界按统一标准划分“时区”。1884 年华盛顿子午线国际会议正式通过采纳这种时区划分，称为世界标准时制度。

时区划分的初衷是 尽量使中午贴近太阳上中天的时间 ，从此以后，各地的时间经过换算，都能统一地早上六点起床，中午十二点午餐，晚上六点下班。

全球共分为 24 个时区，所以每个时区占 15˚ 经度。 理论时区 以能被 15 整除的经线为中心，向东西两侧延伸 7.5˚。国际规定经过英国格林威治天文台的那一条经线为 0˚ 经线，这条经线也被称作 本初子午线 。选择格林威治既是因为当初“日不落帝国”的强大，也是由于格林威治常年提供准确的航海观测数据，19 世纪晚期，72% 的世界贸易都依靠以格林威治作为本初子午线的航海图表。

为了避开国界线，有的时区的形状并不规则，而是比较大的国家以国家内部行政分界线为时区界线，这是 实际时区 ，也称为 法定时区 。

身处地球的不同地区，时间可能是不同的，所以光靠时间我们无法确定一个时刻，要确定一个时刻必须要带上时区。

表示时区有两种常见的写法，最常见的是 GMT ，它的全称是 Greenwich Mean Time，意思是格林威治标准时间，世界各地根据东西偏移量计算时区。比如，北京位于 东八区 ，记做 GMT+8，纽约位于西五区，记做 GMT-5。

还有一种写法是 UTC ，它的全称是 Coordinated Universal Time，意思是协调世界时，如果时间以 UTC 表示，则在时间后面直接加上一个“Z”（不加空格），“Z”是协调世界时中 0 时区的标志。比如，“09:30 UTC” 写作 “09:30Z” 或是 “0930Z”。“14:45:15 UTC” 写作 “14:45:15Z” 或 “144515Z”。因为在北约音标字母中用 “Zulu” 表示 “Z”，所以 UTC 时间也被称做祖鲁时间。

GMT 和 UTC 基本一样，只不过 UTC 使用更加精确的原子钟计时，每隔几年会有一个闰秒。但我们无需关注两者的差别，计算机在联网时会自动与时间服务器同步时间。

计算不同时区的时间差很简单，我们平时常用的北京时间位于东八区，即：GMT+8，它的值是在 GMT 的基础上增加了 8 小时，纽约位于西五区，即：GMT-5，它的值是在 GMT 的基础上减少了 5 小时。所以北京时间通常比纽约时间快 13 个小时。

我们现在知道，每往西越过一个时区，时间便提前一小时。据此我们来思考一个有趣的问题：如果我们一直往西，以每小时一个时区的速度前进，时间是否会静止呢？

1.比如我们从北京出发，此时时间是 2020-2-11 8:00 GMT+8

2.当我们花费一个小时，走到 东七区 时，时间是 2020-2-11 8:00 GMT+7

3.当我们走到本初子午线时，时间是 2020-2-11 8:00 GMT

4.当我们走到西五区时，时间是 2020-2-11 8:00 GMT-5

……

我们都知道地球是个球体，当我们绕地球一圈回到北京时，如果时间还是 2020-2-11 8:00 GMT+8，岂不是时间真的静止了？进一步思考，如果我们以半小时一个时区的速度向西前进，岂不是时间还会倒流？

常识告诉我们，时间是不可能静止也不可能倒流的。那么这里的问题出在哪里呢？问题就出在东西时区的交界处。上文说到，地球分为 24 个时区，包括标准时区、东一区～东十二区、西一区～西十二区。实际上，东十二区和西十二区是同一时区。

从 0˚ 经线开始，每往西跨一个时区时间便减少 1 小时，每往东跨一个时区便增加 1 小时。如此一来，到了另一端 180˚ 经线时，就会有 24 小时的落差，为了平衡这一落差，人们规定由西向东越过此线日期需减少一天，由东向西越过此线时日期需增加一天。故而这一条线被称之为 国际日期变更线 ，也叫 换日线 ，它位于本初子午线的另一面。和时区界限类似，为了避开国界线，换日线并不与 180˚ 经线重合，换日线实际上是不规则的。

如果我们接着走下去：

5.当我们走到东 / 西十二区时，时间是 2020-2-11 8:00 GMT±12

6.我们越过国际换日线，日期增加一天，时间是 2020-2-12 8:00 GMT±12

7.当我们走到东十一区时，时间是 2020-2-12 8:00 GMT+11

8.当我们回到北京时，时间是 2020-2-12 8:00 GMT+8

此时，我们的环球之旅刚好用了 24 小时。

再来看一下如果我们以每半小时一个时区的速度向西行走，时间为什么不会逆流：

1.我们还是从北京出发，此时时间是 2020-2-11 8:00 GMT+8

2.当我们花费半小时，走到东七区时，时间是 2020-2-11 7:30 GMT+7

3.当我们走到本初子午线时，时间是 2020-2-11 4:00 GMT

4.当我们走到西五区时，时间是 2020-2-11 1:30 GMT-5

5.当我们走到东 / 西十二区时，时间是 2020-2-10 22:00 GMT±12

6.我们越过国际换日线，日期增加一天，时间是 2020-2-11 22:00 GMT±12

7.当我们走到东十一区时，时间是 2020-2-11 21:30 GMT+11

8.当我们回到北京时，时间是 2020-2-11 20:00 GMT+8

此时，我们的环球之旅刚好用了 12 小时。

二、夏令时

​由于夏季和冬季白昼时间不一致，部分国家施行了夏令时制度，目的是让人们根据白昼时间来调整作息。

施行夏令时使得人们可以尽量在白天工作，从而减少照明，节省电能。但夏令时也带来了很多的不便，如夏令时开始和结束时，人们不得不调整睡眠时间；夏令时也使得时间计算变得复杂，在夏令时结束的当天，某些时间会出现两次，容易造成交通、生产、会议安排等时间的混乱。中国曾经施行过一段时间夏令时，在 1992 年就被废除了，而美国大部分地区现在还在使用夏令时。

美国使用夏令时时，纽约时间按照西四区计算，即：GMT-4。这段时间北京时间比纽约时间快 12 个小时，夏令时结束后，纽约时间又恢复到西五区 GMT-5。

由于各国规定有所差异，所以夏令时计算非常复杂。当我们需要计算夏令时时，应尽量使用 Java 库提供的类，避免自己计算夏令时。

三、旧 API

Java 标准库提供了两套关于时间和日期的 API：

• 旧 API ：位于 java.util 包中，里面主要有 Date、Calendar、TimeZone 类
• 新 API ：位于 java.time 包中，里面主要有 LocalDateTime、ZonedDateTime、ZoneId 类

有两套 API 的原因是旧 API 在设计时没有考虑好时区问题，常量设计也有些不合理，导致使用起来不够方便。新 API 很好地解决了这些问题。我们在开发时，除非维护老代码，其他时候都应该尽量使用新 API。

3.1. Date

Date 类用于存储日期和时间，查看其源码可以发现，它保存了一个 long 类型的时间戳。时间戳是指格林威治时间从 1970 年 1 月 1 日零点到此刻经历的秒数或毫秒数。

Date 的基本用法如下：

Date 在使用时有几个缺点：

• 每次获取年份、月份都需要转换
• 只能获取当前时区的时间，无法设置时区
• 无法加减日期和时间
• 无法计算某个月的第几个星期几

3.2. SimpleDateFormat

默认输出的时间 字符串 的格式通常不能满足我们的要求，所以我们需要用 SimpleDateFormat 来格式化输出，它使用一些预定义的字符串表示格式化，较常用的字符串有：

• y：年
• M：月
• d：日
• H：小时
• m：分钟
• s：秒
• S：毫秒
• a：上午 / 下午
• E：星期
• z：时区

附：Java 官网文档中给出的预定义字符串表格

SimpleDateFormat 的使用：

这里的时区信息输出为 CST，表示 China Standard Time，也就是中国标准时间。

SimpleDateFormat 会根据预定义字符的长度打印不同长度的信息。以 M 为例：

• M：输出 2
• MM：输出 02
• MMM：输出 2月
• MMMM：输出 二月

如果预定义字符串的长度短于需要输出的信息，这时 Java 会输出 能包含全部信息的最短字符串，也就是说 Java 不会丢弃任何信息，如上例中只用了一个 y，仍然输出了 2020，并不会只输出一个 2。

我们来发挥一下极客精神，探索一下预定义字符串过长 Java 会怎么处理：

本例中，每个预定义字符的长度都为 10，可以看到，系统对年、日、时、分、秒、毫秒的处理是用前置 0 补足位数，对月份、上午 / 下午、星期、时区的处理是输出全中文。

SimpleDateFormat 可以设置时区，我们可以用 SimpleDateFormat 把 Date 获取的时间转换为其他时区显示出来：

3.3. Calendar

旧 API 中，为了加减日期和时间，Java 提供了 Calendar 类。

Calendar 的基本使用：

Calendar 修复了 Date 获取年份时必须 + 1900 的问题，但月份仍然使用 0～11 表示 1～12 月，星期采用 1～7 表示周日～周六。虽然咱们程序员都从 0 开始计数，但日期和时间一般都是要展示给用户看的，每次显示时都要转换实在是太不方便了，这也是需要新 API 的原因之一。

Calendar 提供的日期和时间的加减功能使用如下：

使用日期加减时有一点需要特别注意，我们来看一个例子：

我们将 12 月 31 日减去 1 个月，再加上 1 个月，日期变成了 12 月 30 日！这是因为 11 月 没有 31 日，所以 12 月 31 日减去 1 个月时， Calendar 会自动将日期调整到 11 月 30 日，再加 1 个月，就变成了 12 月 30 日。也就是说 Calendar 加减时，会根据月份自动调整日期。

上文介绍 Date 时我们说到，单靠 Date 和 SimpleDateFormat 只能把本地时区的时间用其他时区显示出来，无法自由的实现时区的转换，比如我们身在中国，无法把纽约时间 GMT-5 转换为东京时间 GMT+9。但 Calendar 是可以设置时区的，所以我们现在有了一种间接转换任意时区的方法：

实际转换过程为：Calendar 保存的 纽约时间先转换成 Date 保存的 北京时间，再用 SimpleDateFormat 将 Date 转换成 东京时间展示出来。

上例中还可以看到，Calendar 使用 set 方法设置指定时间，除了此例中的一次性全部指定的方式外，也可以单个指定：

四、新 API

由于旧 API 存在的诸多不便，从 Java 8 开始，jaca.time 包提供了一套新的日期和时间的 API。主要有 LocalDateTime、ZonedDateTime、Instant、ZoneId、Duration、DateTimeFormatter。

新 API 不仅使用更方便，而且修正了 旧 API 中不合理的常量设计：

• 新 API 中，Month 取值范围变成：1～12，表示 1～12月
• 新 API 中，Week 取值范围变成：1～7，表示周一～周日

4.1. LocalDateTime

LocalDateTime 用来代替 Date 和 Calendar，LocalDateTime 的基本用法如下：

LocalDateTime 使用 now() 函数获取当前日期和时间，输出时严格按照 ISO 8601 格式打印。ISO 8601 是国际标准化组织的日期和时间的表示方法，全称为《数据存储和交换形式·信息交换·日期和时间的表示方法》，ISO 8601 规定使用 T 分隔日期和时间。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

我们可以通过 parse() 函数解析一个符合 ISO 8601 格式的字符串，创建出 LocalDateTime：

除此之外，我们还可以通过 of() 函数指定日期和时间创建 LocalDateTime：

LocalDateTime 存储了当前的日期信息和时间信息，如果我们只需要当前日期或当前时间，可以使用 LocalDate 和 LocalTime：

同 LocalDateTime 类一样，LocalDate 和 LocalTime 类也可以通过 now()、parse()、of() 方法创建。

LocalDateTime 在加减日期时，可以采用简洁的链式调用：

和 Calendar 一样，LocalDateTime 在加减时，仍然会自动调整日期：

与 Calendar 不同的是，LocalDateTime 是不可变类，如此例中调用 minusMonths(1) 和 plusMonths(1) 方法后，dt 的值并没有改变，这个函数返回的是一个调整后的新值，我们将这个新值赋值给了 dt2。

对应 Calendar 的 set() 方法，LocalDateTime 调整时间使用 withXxx() 方法：

• 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 with() 方法允许我们做更复杂的运算：

要比较两个日期的先后，可以使用 LocalDateTime 的 isBefore()、isAfter() 方法：

4.2. ZonedDateTime

LocalDateTime 和 Date 类一样，总是表示本地时区的时间，如果要表示带时区的时间，需要使用 ZonedDateTime，它相当于 LocalDateTime + ZoneId。LocalDateTime 提供的方法，如 now()、of()、plusDays() 等，ZonedDateTime 也都提供。

ZonedDateTime 的使用：

ZonedDateTime 通过 now() 函数获取当前时区的时间，通过 now(ZoneId zone) 函数获取指定时区的时间。这样获取到的两个时间虽然时区不同，但表示的都是同一时刻（毫秒数不同是由于执行代码会花费一点时间）。

通过给 LocalDateTime 设置 ZoneId，也可以创建出 ZonedDateTime：

通过这种方式创建的 ZonedDateTime 日期和时间一样，但时区不同，所以表示的是两个不同时刻。

ZonedDateTime 可以通过 toLocalDateTime() 函数转换成 LocalDateTime：

我们看到，ZonedDateTime 转换成 LocalDateTime 时，不会自动切换成本地时区的时间，而是直接丢弃时区信息。

由于 ZonedDateTime 自带时区信息，所以在涉及时区转换时使用 ZonedDateTime 非常方便。如上文中提到的将纽约时间转换成的东京时间，使用 ZonedDateTime 实现如下：

4.3. DateTimeFormatter

上文已经说到，DateTimeFormatter 是用来代替 SimpleDateFormat 的。与 SimpleDateFormat 相比，DateTimeFormatter 的一个明显优势在于它是 线程安全 的。SimpleDateFormat 由于不是线程安全的，使用时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。

DataTimeFormat 预定义的字符串和 SimpleDateFormat 一模一样，来看下 DateTimeFormatter 的基本使用：

还记得 LocalDateTime 的 parse() 方法吗？我们查看一下它的源码：

从源码中我们看到，parse() 方法可以传入两个参数，第二个参数就是一个 DateTimeFormatter，也就是说不仅 ISO 8601 标准格式的字符串可以被解析，我们完全可以自定义被解析的字符串格式。

DataTimeFormatter 的 ofPattern() 方法还可以传入一个 Locale 参数，这个参数的作用是使用当地的习惯来格式化时间：

4.4. Instant

在新 API 中，使用 Instant 表示时间戳，它类似于 System.currentTimeMillis()。Instant 使用如下：

给 Instant 加上一个时区，就可以创建出 ZonedDateTime：

五、新旧 API 的转换

旧 API 转新 API 可以通过 toInstant() 方法转换为 Instant，再由 Instant 转换成 ZonedDateTime：

新 API 转旧 API 时，需要借助 long 类型时间戳实现：

以上，就是 Java 日期和时间的全部内容了，有任何收获或疑问欢迎在评论区与大家一起讨论交流。

本文作者：Alpinist Wang

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