Date和Calendar

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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：

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：

┌──┬──┬──┬──┐
│00│01│e2│08│
└──┴──┴──┴──┘

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：

import java.text.*;
import java.util.*;

public class Main {public static void main(String[] args) {int n = 123400;
        // 123400
        System.out.println(n);
        // 1e208
        System.out.println(Integer.toHexString(n));
        // $123,400.00
        System.out.println(NumberFormat.getCurrencyInstance(Locale.US).format(n));
    }
}

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：

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 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：

1574208900 = 北京时间 2019-11-20 8:15:00
           = 伦敦时间 2019-11-20 0:15:00
           = 纽约时间 2019-11-19 19:15:00

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：

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：

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：

public class Date implements Serializable, Cloneable, Comparable<Date> {private transient long fastTime;

    ...
}

我们来看 Date 的基本用法：

import java.util.*;

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：

import java.text.*;
import java.util.*;

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));
    }
}

Java 的格式化预定义了许多不同的格式，我们以 MMM 和E为例：

import java.text.*;
import java.util.*;

public class Main {public static void main(String[] args) {// 获取当前时间:
        Date date = new Date();
        var sdf = new SimpleDateFormat("E MMM dd, yyyy");
        System.out.println(sdf.format(date));
    }
}

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：

import java.util.*;

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);
    }
}

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：

import java.text.*;
import java.util.*;

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：

import java.util.*;

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()。

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：

import java.text.*;
import java.util.*;

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）。

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：

import java.text.*;
import java.util.*;

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。