java - 日期与时间 LocalDateTime ZonedDateTime DateTimeFormatter Instant Date Calendar 全解

目录

Date和Calendar

标准库API

Date

Calendar

TimeZone

小结

LocalDateTime 使用

LocalDateTime

DateTimeFormatter

Duration和Period

小结

ZonedDateTime

时区转换

练习

小结

DateTimeFormatter

小结

Instant

小结

最佳实践 - Date与LocaDate转化

旧API转新API

新API转旧API

在数据库中存储日期和时间

小结

---

 

Date和Calendar

在计算机中，应该如何表示日期和时间呢？

我们经常看到的日期和时间表示方式如下：

• 2019-11-20 0:15:00 GMT+00:00
• 2019年11月20日8:15:00
• 11/19/2019 19:15:00 America/New_York

如果直接以字符串的形式存储，那么不同的格式，不同的语言会让表示方式非常繁琐。

在理解日期和时间的表示方式之前，我们先要理解数据的存储和展示。

当我们定义一个整型变量并赋值时：

1. int n =123400;

编译器会把上述字符串（程序源码就是一个字符串）编译成字节码。在程序的运行期，变量n指向的内存实际上是一个4字节区域：

1. ┌──┬──┬──┬──┐
2. │00│01│e2│08│
3. └──┴──┴──┴──┘

注意到计算机内存除了二进制的0/1外没有其他任何格式。上述十六机制是为了简化表示。

当我们用System.out.println(n)打印这个整数的时候，实际上println()这个方法在内部把int类型转换成String类型，然后打印出字符串123400。

类似的，我们也可以以十六进制的形式打印这个整数，或者，如果n表示一个价格，我们就以$123,400.00的形式来打印它：

可见，整数123400是数据的存储格式，它的存储格式非常简单。而我们打印的各种各样的字符串，则是数据的展示格式。展示格式有多种形式，但本质上它就是一个转换方法：

1. String toDisplay(int n){...}

理解了数据的存储和展示，我们回头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，例如：

1574208900表示从从1970年1月1日零点GMT时区到该时刻一共经历了1574208900秒，换算成伦敦、北京和纽约时间分别是：

1. 1574208900=北京时间2019-11-208:15:00
2. =伦敦时间2019-11-200:15:00
3. =纽约时间2019-11-1919:15:00

因此，在计算机中，只需要存储一个整数1574208900表示某一时刻。当需要显示为某一地区的当地时间时，我们就把它格式化为一个字符串：

1. String displayDateTime(int n,String timezone){...}

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：

1. 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。

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。

那么我们能不能跳过旧的API直接用新的API呢？如果涉及到遗留代码就不行，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。

本节我们快速讲解旧API的常用类型和方法。

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：

1. publicclassDateimplementsSerializable,Cloneable,Comparable{
2.  
3. privatetransientlong fastTime;
4.  
5. ...
6. }

我们来看Date的基本用法：

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：

Java的格式化预定义了许多不同的格式，我们以MMM和E为例：

上述代码在不同的语言环境会打印出类似Sun Sep 15, 2019这样的日期。可以从JDK文档查看详细的格式说明。一般来说，字母越长，输出越长。以M为例，假设当前月份是9月：

• M：输出9
• MM：输出09
• MMM：输出Sep
• MMMM：输出September

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：

注意到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，……，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。要列出系统支持的所有ID，请使用TimeZone.getAvailableIDs()。

有了时区，我们就可以对指定时间进行转换。例如，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：

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）。因此，本质上时区转换只能通过SimpleDateFormat在显示的时候完成。

Calendar也可以对日期和时间进行简单的加减：

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 使用

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

我们首先来看最常用的LocalDateTime，它表示一个本地日期和时间：

本地日期和时间通过now()获取到的总是以当前默认时区返回的，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。

上述代码其实有一个小问题，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（时间的毫秒数基本上不同）。为了保证获取到同一时刻的日期和时间，可以改写如下：

1. LocalDateTime dt = LocalDateTime.now(); // 当前日期和时间
2. LocalDate d = dt.toLocalDate(); // 转换到当前日期
3. LocalTime t = dt.toLocalTime(); // 转换到当前时间

反过来，通过指定的日期和时间创建LocalDateTime可以通过of()方法：

1. // 指定日期和时间:
2. LocalDate d2 = LocalDate.of(2019, 11, 30); // 2019-11-30, 注意11=11月
3. LocalTime t2 = LocalTime.of(15, 16, 17); // 15:16:17
4. LocalDateTime dt2 = LocalDateTime.of(2019, 11, 30, 15, 16, 17);
5. 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：

1. LocalDateTime dt = LocalDateTime.parse("2019-11-19T15:16:17");
2. LocalDate d = LocalDate.parse("2019-11-19");
3. 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：

LocalDateTime提供了对日期和时间进行加减的非常简单的链式调用：

注意到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()

示例代码如下：

同样注意到调整月份时，会相应地调整日期，即把2019-10-31的月份调整为9时，日期也自动变为30。

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：

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：

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：

1. Duration d1 = Duration.ofHours(10); // 10 hours
2. Duration d2 = Duration.parse("P1DT2H3M"); // 1 day, 2 hours, 3 minutes

有的童鞋可能发现Java 8引入的java.timeAPI。怎么和一个开源的Joda Time很像？难道JDK也开始抄袭开源了？其实正是因为开源的Joda Time设计很好，应用广泛，所以JDK团队邀请Joda Time的作者Stephen Colebourne共同设计了java.timeAPI。

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：

观察打印的两个ZonedDateTime，发现它们时区不同，但表示的时间都是同一时刻（毫秒数不同是执行语句时的时间差）：

1. 2019-09-15T20:58:18.786182+08:00[Asia/Shanghai]
2. 2019-09-15T08:58:18.788860-04:00[America/New_York]

另一种方式是通过给一个LocalDateTime附加一个ZoneId，就可以变成ZonedDateTime：

以这种方式创建的ZonedDateTime，它的日期和时间与LocalDateTime相同，但附加的时区不同，因此是两个不同的时刻：

1. 2019-09-15T15:16:17+08:00[Asia/Shanghai]
2. 2019-09-15T15:16:17-04:00[America/New_York]

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：

要特别注意，时区转换的时候，由于夏令时的存在，不同的日期转换的结果很可能是不同的。这是北京时间9月15日的转换结果：

1. 2019-09-15T21:05:50.187697+08:00[Asia/Shanghai]
2. 2019-09-15T09:05:50.187697-04:00[America/New_York]

这是北京时间11月15日的转换结果：

1. 2019-11-15T21:05:50.187697+08:00[Asia/Shanghai]
2. 2019-11-15T08:05:50.187697-05:00[America/New_York]

两次转换后的纽约时间有1小时的夏令时时差。

涉及到时区时，千万不要自己计算时差，否则难以正确处理夏令时。

有了ZonedDateTime，将其转换为本地时间就非常简单：

1. ZonedDateTime zdt = ...
2. LocalDateTime ldt = zdt.toLocalDateTime();

转换为LocalDateTime时，直接丢弃了时区信息。

练习

某航线从北京飞到纽约需要13小时20分钟，请根据北京起飞日期和时间计算到达纽约的当地日期和时间。

提示：ZonedDateTime仍然提供了plusDays()等加减操作。

下载练习：flight-time练习 （推荐使用IDE练习插件快速下载）

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：

1. DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm");

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：

1. 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：

在格式化字符串中，如果需要输出固定字符，可以用'xxx'表示。

运行上述代码，分别以默认方式、中国地区和美国地区对当前时间进行显示，结果如下：

1. 2019-09-15T23:16 GMT+08:00
2. 2019 9月 15 周日 23:16
3. Sun, September/15/2019 23:16

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：

1. var ldt = LocalDateTime.now();
2. System.out.println(DateTimeFormatter.ISO_DATE.format(ldt));
3. System.out.println(DateTimeFormatter.ISO_DATE_TIME.format(ldt));

得到的输出和toString()类似：

1. 2019-09-15
2. 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：

打印的结果类似：

1. 1568568760
2. 1568568760316

实际上，Instant内部只有两个核心字段：

1. public final class Instant implements ... {
2. private final long seconds;
3. private final int nanos;
4. }

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：

1. // 以指定时间戳创建Instant:
2. Instant ins = Instant.ofEpochSecond(1568568760);
3. ZonedDateTime zdt = ins.atZone(ZoneId.systemDefault());
4. System.out.println(zdt); // 2019-09-16T01:32:40+08:00[Asia/Shanghai]

可见，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：

1. ┌─────────────┐
2. │LocalDateTime│────┐
3. └─────────────┘ │ ┌─────────────┐
4. ├───>│ZonedDateTime│
5. ┌─────────────┐ │ └─────────────┘
6. │ ZoneId │────┘ ▲
7. └─────────────┘ ┌─────────┴─────────┐
8. │ │
9. ▼ ▼
10. ┌─────────────┐ ┌─────────────┐
11. │ Instant │<───>│ long │
12. └─────────────┘ └─────────────┘

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 - Date与LocaDate转化

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。

如果需要与遗留代码打交道，如何在新旧API之间互相转换呢？

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：

1. // Date -> Instant:
2. Instant ins1 = new Date().toInstant();
3.  
4. // Calendar -> Instant -> ZonedDateTime:
5. Calendar calendar = Calendar.getInstance();
6. Instant ins2 = Calendar.getInstance().toInstant();
7. 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”：

1. // ZonedDateTime -> long:
2. ZonedDateTime zdt = ZonedDateTime.now();
3. long ts = zdt.toEpochSecond() * 1000;
4.  
5. // long -> Date:
6. Date date = new Date(ts);
7.  
8. // long -> Calendar:
9. Calendar calendar = Calendar.getInstance();
10. calendar.clear();
11. calendar.setTimeZone(TimeZone.getTimeZone(zdt.getZone().getId()));
12. 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：

对上述方法进行调用，结果如下：

1. 2019年11月20日 上午8:15
2. Nov 19, 2019, 7:15 PM

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。