时区的坑,别再踩了!

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简介

最近在使用date命令时,发现表示东8区(中国时区)要使用GMT-8,但在Java中却需要使用GMT+8,如下:

$ TZ='GMT-8' date -d@1647658144 +'%F %T %:z'
2022-03-19 10:49:04 +08:00

# 如果用GMT+8,反而慢了16小时
$ TZ='GMT+8' date -d@1647658144 +'%F %T %:z'
2022-03-18 18:49:04 -08:00

而在Java中,如下:

DateTimeFormatter dtf = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss XXX");
String dateStr = dtf.format(Instant.ofEpochSecond(1647658144).atZone(ZoneId.of("GMT+8")));
System.out.println(dateStr);
//输出2022-03-19 10:49:04 +08:00

这就让人有点迷糊了,经过一段时间搜索,发现在时区表达形式上还有不少知识点呢!

时区的偏移量表示法

众所周知,为了方便各地区本地时间之间的转换,人们将全球划分为了24个时区,以格林尼治天文台(GMT)为零时区,往东西两个方向分别有12个时区,所以自然有了以GMT为前缀的时区表示法,如下:

GMT+8表示东8区,中国就是使用这个时区,而GMT-8表示西8区,如果格林尼治天文台的本地时间是2022-03-19的0点,那么GMT+8地区的本地时间就是2022-03-19的8点,而GMT-8的本地时间就是往前8小时,即2022-03-18的16点。

注意,上面的各地区本地时间的表述虽然不同,但它们实际是同一个时刻(绝对时间),要理解本地时间与绝对时间的区别。

GMT+8正是Java中支持的时区表示法,那为啥Linux中却是GMT-8呢?实际上Linux中的GMT-8也可以写成Etc/GMT-8,这才是它的标准名称,如下:

$ TZ='Etc/GMT-8' date -d@1647658144 -Is
2022-03-19T10:49:04+08:00
DateTimeFormatter dtf = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss XXX");
String dateStr = dtf.format(Instant.ofEpochSecond(1647658144).atZone(ZoneId.of("Etc/GMT-8")));
System.out.println(dateStr);
//输出2022-03-19 10:49:04 +08:00

可以发现用Etc/GMT-8的话,Linux与Java的输出都是一样的了,是的,Etc/GMT-8也是一种类似GMT+8的时区表示机制,只不过它的+-号是反的。

Ok,虽然上面的差异弄清楚了,但时区的表示形式还没有介绍完,接着往下看…

除了GMT+8表示方式外,我们还经常会看到UTC+8这样的表示方式,这是UTC时区表示法。

即生GMT何生UTC?这是由于GMT是以格林尼治天文台为时间基准,但地球不是完美球体且自转速度在变慢,所以地球自转速度并不均匀,这导致以格林尼治天文台为时间基准是不准的。

为了更准确度量时间,科学家们发明了UTC时间,以铯原子跃迁次数来度量时间,比GMT时间更准确,为了保证GMT的准确性,每隔几年GMT时间会做一次调整,以与UTC时间对齐。

因此,既然有了更准确的UTC,那么就有了以UTC为前缀的时区表示法,如中国时区可使用UTC+8

各时区偏移量表示法一览表,如下:

偏移量表示法 描述
GMT+8 相对GMT多8个小时
Etc/GMT-8 同GMT+8,+-号相反
UTC+8 同GMT+8
GMT+08:00 精确到分钟级别
GMT+08:00:00 精确到秒级别
GMT+0800 精确到分钟级别,省略冒号
GMT+080000 精确到秒级别,省略冒号
+08:00 精确到分钟级别,省略前缀
+08:00:00 精确到秒级别,省略前缀
+0800 精确到分钟级别,省略前缀与冒号
+080000 精确到秒级别,省略前缀与冒号
Z 表示零时区,等同于GMT、UTC、GMT+0、UTC+0

时区的区域表示法

除了用偏移量来表示时区,为了方便,人们还按区域/城市的方式来定义时区,如Asia/ShanghaiAsia/Hong_Kong都表示东8区,具体有哪些城市命名的时区,可以在时区数据库中查看。

另外,为了简化区域时区表示法,又定义了一套时区缩写,如CST是中国时区China Standard Time的缩写,可以在时区缩写中查看各种缩写定义。

注意,一般都不建议使用时区缩写,因为时区缩写的命名经常会重复,比如CST是Central Standard Time(北美中部标准时间UTC -6)、China Standard Time(中国标准时间UTC +8)、Cuba Standard Time(古巴标准时间UTC -5)。

由于不同软件对CST的解释可能不同,导致会出现时间相差13或14个小时的情况,这在Java搭配MySQL时经常出现,我还专门写了一篇文章mysql的timestamp会存在时区问题?,对于一定要使用时区缩写的场景,可以使用香港时区缩写HKT,它不重复且和上海处于同一个时区。

区域表示法 描述
Asia/Shanghai 上海时区,即东8区
CST 时区缩写,慎用

Java中表示时区

在Java中和时区相关的类有TimeZone、ZoneId,其中TimeZone是老的时区类,而ZoneId是新的时区类,它有ZoneOffset和ZoneRegion两个子类,分别代表偏移量表示法和区域表示法。

那它们都支持上述的哪些时区写法呢?写个Demo验证一下,如下:

public static void main(String[] args) {
	printZoneId("+08:00");
	printZoneId("+0800");
	printZoneId("GMT+8");
	printZoneId("Etc/GMT-8");
	printZoneId("UTC+8");
	printZoneId("Asia/Shanghai");
	printZoneId("CST");
	printZoneId("Z");
}

public static void printZoneId(String zone){
	ZoneId zoneId;
	if(!ZoneId.SHORT_IDS.containsKey(zone)){
		zoneId = ZoneId.of(zone);
	}else{
		zoneId = ZoneId.of(ZoneId.SHORT_IDS.get(zone));
	}
	TimeZone timeZone = TimeZone.getTimeZone(zone);
	ZoneOffset zoneOffset = zoneId.getRules().getOffset(Instant.now());
	DateTimeFormatter dtf = DateTimeFormatter.ofPattern("xxx ZZZ O OOOO");
	System.out.printf("%-14s -> %-28s -> class:%s -> TimeZone.offset:%d \n", zone, dtf.format(zoneOffset),
			zoneId.getClass().getSimpleName(), timeZone.getRawOffset());
}

输出如下:

+08:00         -> +08:00 +0800 GMT+8 GMT+08:00 -> class:ZoneOffset -> TimeZone.offset:0 
+0800          -> +08:00 +0800 GMT+8 GMT+08:00 -> class:ZoneOffset -> TimeZone.offset:0 
GMT+8          -> +08:00 +0800 GMT+8 GMT+08:00 -> class:ZoneRegion -> TimeZone.offset:28800000 
Etc/GMT-8      -> +08:00 +0800 GMT+8 GMT+08:00 -> class:ZoneRegion -> TimeZone.offset:28800000 
UTC+8          -> +08:00 +0800 GMT+8 GMT+08:00 -> class:ZoneRegion -> TimeZone.offset:0 
Asia/Shanghai  -> +08:00 +0800 GMT+8 GMT+08:00 -> class:ZoneRegion -> TimeZone.offset:28800000 
CST            -> -05:00 -0500 GMT-5 GMT-05:00 -> class:ZoneRegion -> TimeZone.offset:-21600000 
Z              -> +00:00 +0000 GMT GMT         -> class:ZoneOffset -> TimeZone.offset:0 
时区写法 ZoneId TimeZone
+08:00 支持 不支持
+0800 支持 不支持
GMT+8 支持 支持
Etc/GMT-8 支持 支持
UTC+8 支持 不支持
Asia/Shanghai 支持 支持
CST 支持,代表北美西部时间,非中国标准时间 支持,代表北美西部时间,非中国标准时间
Z 支持 支持

偏移量表示法与区域表示法区别

虽然偏移量表示法与区域表示法都可以表示时区,但由于夏令时的存在,它们并不完全等同。

夏令时(Daylight Saving Time: DST),也叫 夏时制,是指为了节约能源,在天亮的早的夏季,人为将时间调快一小时,以充分利用光照资源,节约照明用电。

而中国在 1986 年至 1991 年也实行过夏令时,在1986~1991的每年从四月中旬第一个星期日的凌晨2时整(北京时间),将时钟拨快一小时,即将表针由2时拨至3时,夏令时开始;到九月中旬第一个星期日的凌晨2时整(北京夏令时),再将时钟拨回一小时,即将表针由2时拨至1时,夏令时结束。从1986年到1991年的六个年度,除1986年因是实行夏时制的第一年,从5月4日开始到9月14日结束外,其它年份均按规定的时段施行。

故会有下面看起来有点奇怪的现象:

DateTimeFormatter dtf = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss VV");
Instant instant = Instant.ofEpochSecond(515527200);
System.out.println(dtf.format(instant.atZone(ZoneId.of("Asia/Shanghai"))));
//输出1986-05-04 03:00:00 Asia/Shanghai
System.out.println(dtf.format(instant.atZone(ZoneId.of("GMT+8"))));
//输出1986-05-04 02:00:00 GMT+08:00

为什么Asia/Shanghai输出为3点,而GMT+8输出为2点呢?原因是1986-05-04 02:00:00这个时间点中国正开始实行夏令时,时钟拨快了1小时。

GMT+8为什么输出为2点呢?因为中国、马来西亚、菲律宾、新加坡的时区都是GMT+8,只有中国在实行夏令时,而在GMT+8中没法感知到区域信息,那java只能以没有实行夏令时的方法来计算本地时间了。

夏令时导致的奇怪现象

正是由于夏令时的存在,导致程序可能出现诡异的现象甚至bug,如下:

  1. 由于夏令时会将2点改成3点,导致2点没了,所以date命令报错了
$ TZ='Asia/Shanghai' date -d 1986-05-04T02:00:00 +%s
date: invalid date ‘1986-05-04T02:00:00’

$ TZ='Asia/Shanghai' date -d 1986-05-04T03:00:00 +%s
515527200
  1. 时间解析后再格式化输出,发现不一样了
DateTimeFormatter dtf = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss VV");
ZonedDateTime time1 = ZonedDateTime.parse("1986-05-04 02:00:00 Asia/Shanghai", dtf);
System.out.println(time1.format(dtf));
//输出1986-05-04 03:00:00 Asia/Shanghai
  1. 时间加1小时,发现加了2小时或根本没变
public static void main(String[] args) {
	DateTimeFormatter dtf = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss VV");
	//加1小时刚好夏令时开始
	ZonedDateTime time1 = ZonedDateTime.parse("1986-05-04 01:00:00 Asia/Shanghai", dtf);
	printZonedDateTime(time1);
	printZonedDateTime(time1.plusHours(1));
	
	//加1小时刚好夏令时结束
	ZonedDateTime time2 = ZonedDateTime.parse("1986-09-14 01:00:00 Asia/Shanghai", dtf);
	printZonedDateTime(time2);   			
	printZonedDateTime(time2.plusHours(1));   
}

private static void printZonedDateTime(ZonedDateTime time){
	DateTimeFormatter dtf = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss VV");
	System.out.println(time.format(dtf));
}

输出如下:

1986-05-04 01:00:00 Asia/Shanghai
1986-05-04 03:00:00 Asia/Shanghai  //加1小时,结果看起来加了2个小时
1986-09-14 01:00:00 Asia/Shanghai
1986-09-14 01:00:00 Asia/Shanghai  //加1小时,结果时间看起来没变

为啥会这样呢?原因是本地时间虽然看起来没变,但Asia/Shanghai这个代表的时区却发生了变化。

我们可以将上面printZonedDateTime中时间格式由yyyy-MM-dd HH:mm:ss VV修改为yyyy-MM-dd HH:mm:ss VV xxx再执行,发现输出如下:

1986-05-04 01:00:00 Asia/Shanghai +08:00
1986-05-04 03:00:00 Asia/Shanghai +09:00
1986-09-14 01:00:00 Asia/Shanghai +09:00
1986-09-14 01:00:00 Asia/Shanghai +08:00

如上,夏令时导致Asia/Shanghai这个时区不一定是东8区了,也可能是东9区,故Java中,想将ZoneRegion转换为ZoneOffset,需要传递一个instant时刻参数,如下:

//输出+08:00
Instant instant = Instant.now();
System.out.println(ZoneId.of("Asia/Shanghai").getRules().getOffset(instant));
//输出+09:00,在1986-05-04 02:00:00 +08:00处于夏令时,增加了1小时
Instant instant = Instant.ofEpochSecond(515527200);
System.out.println(ZoneId.of("Asia/Shanghai").getRules().getOffset(instant));

夏令时真是一种自欺欺人的做法,还好中国从1991年后就没再实行了!