計算機程式的思維邏輯 (33) - Joda-Time

swiftma發表於2016-10-24
計算機

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計算機程式的思維邏輯 (33) - Joda-Time

Joda-Time

上節介紹了JDK API中的日期和時間類，我們提到了JDK API的一些不足，並提到，實踐中有一個廣泛使用的日期和時間類庫，Joda-Time，本節我們就來介紹Joda-Time。俗話說，工欲善其事，必先利其器，Joda-Time就是操作日期和時間的一把利器。

Joda-Time的官網是www.joda.org/joda-time/。它的基本概念和工作原理與上節介紹的是類似的，比如說，都有時刻和年曆的概念，都有時區和Locale的概念，主要工作，都是在毫秒和年月日等年曆資訊之間進行相互轉換。

Joda-Time的主要類和Java API的類也有一個粗略的對應關係:

|Joda-Time |Java API |說明 | | ------------- |-------------| |Instant |Date| 時刻| |DateTime |Calendar| 年曆| |DateTimeZone |TimeZone| 時區| |DateTimeFormatter| DateFormat| 格式化|

需要說明的是，這只是一個非常粗略的對應，並不嚴謹，Joda-Time也還有非常多的其他類。

雖然基本概念是類似的，但API的設計卻有很大不同，Joda-Time的API更容易理解和使用，程式碼也更為簡潔，下面我們會通過例子來說明。

另外，與Date/Calendar的設計有一個很大的不同，Joda-Time中的主要類都被設計為了不可變類，我們之前介紹過不可變類，包裝類/String都是不可變類，不可變類有一個很大的優點，那就是簡單、執行緒安全，所有看似的修改操作都是通過建立新物件來實現的。

本文並不打算全面介紹Joda-Time的每個類，相反，我們主要通過一些例子來說明其基本用法，體會其方便和強大，同時，學習其API的設計理念。

建立物件

新建一個DateTime物件，表示當前日期和時間：

DateTime dt = new DateTime();
複製程式碼

新建一個DateTime物件，給定年月日時分秒等資訊：

//2016-08-18 15:20
DateTime dt = new DateTime(2016,8,18,15,20);

//2016-08-18 15:20:47
DateTime dt2 = new DateTime(2016,8,18,15,20,47);

//2016-08-18 15:20:47.345
DateTime dt3 = new DateTime(2016,8,18,15,20,47,345);
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獲取日曆資訊

與Calendar不同，DateTime為每個日曆欄位都提供了單獨的方法，取值的範圍也都是符合常識的，易於理解和使用，來看程式碼：

//2016-08-18 15:20:47.345
DateTime dt = new DateTime(2016,8,18,15,20,47,345);
System.out.println("year: "+dt.getYear());
System.out.println("month: "+dt.getMonthOfYear());
System.out.println("day: "+dt.getDayOfMonth());
System.out.println("hour: "+dt.getHourOfDay());
System.out.println("minute: "+dt.getMinuteOfHour());
System.out.println("second: "+dt.getSecondOfMinute());
System.out.println("millisecond: " +dt.getMillisOfSecond());
System.out.println("day_of_week: " +dt.getDayOfWeek());
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輸出為：

year: 2016
month: 8
day: 18
hour: 15
minute: 20
second: 47
millisecond: 345
day_of_week: 4
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每個欄位的輸出都符合常識，且保持一致，都是從1開始，比如dayOfWeek，週四就是4， 易於理解。

格式化

Java API中，格式化必須使用一個DateFormat物件，而Joda-Time中，DateTime自己就有一個toString方法，可以接受一個pattern引數，看例子：

//2016-08-18 14:20:45.345
DateTime dt = new DateTime(2016,8,18,14,20,45,345);
System.out.println(dt.toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"));
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輸出為：

2016-08-18 14:20:45
複製程式碼

Joda-Time也有與DateFormat類似的類，看程式碼：

DateTime dt = new DateTime(2016,8,18,14,20);
DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormat.forPattern("yyyy-MM-dd HH:mm");
System.out.println(formatter.print(dt));
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輸出為：

2016-08-18 14:20
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這裡有兩個類，一個是DateTimeFormat，另一個是DateTimeFormatter。DateTimeFormatter是具體的格式化類，提供了print方法將DateTime轉換為字串。DateTimeFormat是一個工廠類，專門生成具體的格式化類，除了forPattern方法，它還有一些別的工廠方法，本文就不介紹了。

程式設計的一個基本思維是關注點分離，程式一般總是比較複雜的，涉及方方面面，解決的思路就是分解，將複雜的事情儘量分解為不同的方面，或者說關注點，各個關注點之間耦合度要儘量低。

具體來說，對應到Java，每個類應該只關注一點。上面的例子中，因為生成DateTimeFormatter的方式比較多，就將生成DateTimeFormatter這個事單獨拿了出來，就有了工廠類DateTimeFormat，只關注生產DateTimeFormatter，Joda-Time中還有別的工廠類，比如ISODateTimeFormat，工廠類是一種常見的設計模式。

除了將DateTime轉換為字串，DateTimeFormatter還可以將字串轉化為DateTime，程式碼如下：

DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormat.forPattern("yyyy-MM-dd HH:mm");
DateTime dt = formatter.parseDateTime("2016-08-18 14:20");
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與上節介紹的格式化類不同，Joda-Time的DateTimeFormatter是執行緒安全的，可以安全的被多個執行緒共享。

設定和修改時間

上節介紹Calendar時提到，修改時期和時間有兩種方式，一種是直接設定絕對值，另一種是在現有值的基礎上進行相對增減操作，DateTime也支援這兩種方式。

不過，需要注意的是，DateTime是不可變類，修改操作是通過建立並返回新物件來實現的，原物件本身不會變。

我們來看一些例子。

調整時間為下午3點20

DateTime dt = new DateTime();
dt = dt.withHourOfDay(15).withMinuteOfHour(20);
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DateTime有很多withXXX方法來設定絕對時間。DateTime中非常方便的一點是，方法的返回值是修改後的DateTime物件，可以接著進行下一個方法呼叫，這樣，程式碼就非常簡潔，也非常容易閱讀，這種一種流行的設計風格，稱為流暢介面 (Fluent Interface)，相比之下，使用Calendar，就必須要寫多行程式碼，比較臃腫，下面我們會看到更多例子。

另外，注意需要將最後的返回值賦值給dt，否則dt的值不會變。

三小時五分鐘後

DateTime dt = new DateTime().plusHours(3).plusMinutes(5);
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DateTime有很多plusXXX和minusXXX方法，用於相對增加和減少時間。

今天0點

DateTime dt = new DateTime().withMillisOfDay(0);
System.out.println(dt.toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS"));
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當前時間為2016-08-18，所以輸出為

2016-08-18 00:00:00.000
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withMillisOfDay直接設定當天毫秒資訊，會同時將時分秒等資訊進行修改。

下週二上午10點整

DateTime dt = new DateTime().plusWeeks(1).withDayOfWeek(2)
        .withMillisOfDay(0).withHourOfDay(10);
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明天最後一刻

DateTime dt = new DateTime().plusDays(1).millisOfDay().withMaximumValue();
System.out.println(dt.toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS"));
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當前時間為2016-08-18，所以輸出為

2016-08-19 23:59:59.999
複製程式碼

這裡說明一下，plusDays(1)容易理解，設為第二天。millisOfDay()的返回值比較特別，它是一個屬性，具體類為DateTime的一個內部類Property，這個屬性代表當天毫秒資訊，這個屬性有一些方法，可以接著對日期進行修改，withMaximumValue就是將該屬性的值設為最大值。

這樣，程式碼是不是非常簡潔？除了millisOfDay，DateTime還有很多類似屬性。我們來看更多的例子。

本月最後一天最後一刻

DateTime dt = new DateTime().dayOfMonth().withMaximumValue().millisOfDay().withMaximumValue();
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下個月第一個週一的下午5點整

DateTime dt = new DateTime().plusMonths(1).dayOfMonth().withMinimumValue()
        .plusDays(6).withDayOfWeek(1).withMillisOfDay(0).withHourOfDay(17);
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我們稍微解釋下：

new DateTime().plusMonths(1).dayOfMonth().withMinimumValue()
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將時間設為了下個月的第一天。.plusDays(6).withDayOfWeek(1)將時間設為第一個週一。

時間段的計算

JDK API中沒有關於時間段計算的類，而Joda-Time包含豐富的表示時間段和用於時間段計算的方法，我們來看一些例子。

計算兩個時間之間的差

Joda-Time有一個類，Period，表示按日曆資訊的時間段，看程式碼：

DateTime start = new DateTime(2016,8,18,10,58);
DateTime end = new DateTime(2016,9,19,12,3);
Period period = new Period(start,end);        
System.out.println(period.getMonths()+"月"+period.getDays()+"天"
        +period.getHours()+"小時"+period.getMinutes()+"分");
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輸出為：

1月1天1小時5分
複製程式碼

只要給定起止時間，Period就可以自動計算出來，兩個時間之間有多少月、多少天、多少小時等。

如果只關心一共有多少天，或者一共有多少周呢？Joda-Time有專門的類，比如Years用於年，Days用於日，Minutes用於分鐘，來看一些例子。

根據生日計算年齡

年齡只關心年，可以使用Years，看程式碼：

DateTime born = new DateTime(1990,11,20,12,30);
int age = Years.yearsBetween(born, DateTime.now()).getYears();
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計算遲到分鐘數

假定早上9點是上班時間，過了9點算遲到，遲到要統計遲到的分鐘數，怎麼計算呢？看程式碼：

int lateMinutes = Minutes.minutesBetween(
        DateTime.now().withMillisOfDay(0).withHourOfDay(9),
        DateTime.now()).getMinutes(); 
複製程式碼

單獨的日期和時間類

我們一直在用DateTime表示完整的日期和時間，但在年齡的例子中，只需要關心日期，在遲到的例子中，只需要關心時間，Joda-Time分別有單獨的日期類LocalDate和時間類LocalTime。

使用LocalDate計算年齡

LocalDate born = new LocalDate(1990,11,20);
int age = Years.yearsBetween(born, LocalDate.now()).getYears();
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使用LocalTime計算遲到時間

int lateMinutes = Minutes.minutesBetween(
        new LocalTime(9,0),
        LocalTime.now()).getMinutes();
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LocalDate和LocalTime可以與DateTime進行相互轉換，比如：

DateTime dt = new DateTime(1990,11,20,12,30);
LocalDate date = dt.toLocalDate();
LocalTime time = dt.toLocalTime();
DateTime newDt = DateTime.now().withDate(date).withTime(time);
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與JDK API的互操作

Joda-Time中的類可以方便的與JDK中的類進行相互轉換。

JDK -> Joda

Date、Calendar可以方便的轉換為DateTime物件：

DateTime dt = new DateTime(new Date());
DateTime dt2 = new DateTime(Calendar.getInstance());
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也可以方便的轉換為LocalDate和LocalTime物件：

LocalDate.fromDateFields(new Date());
LocalDate.fromCalendarFields(Calendar.getInstance());
LocalTime.fromDateFields(new Date());
LocalTime.fromCalendarFields(Calendar.getInstance());
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Joda -> JDK

DateTime物件也可以方便的轉換為JDK物件：

DateTime dt = new DateTime();
Date date = dt.toDate();
Calendar calendar = dt.toCalendar(Locale.CHINA);
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LocalDate也可以轉換為Date物件：

LocalDate localDate = new LocalDate(2016,8,18);
Date date = localDate.toDate();
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小結

本節介紹了Joda-Time，一個方便和強大的日期和時間類庫，本文並未全面介紹，主要是通過一些例子展示了其基本用法。

我們也介紹了Joda-Time之所以易用的一些設計思維，比如，關注點分離，為方便操作，提供單獨的功能明確的類和方法，設計API為流暢介面，設計為不可變類，使用工廠類等。

下一節，我們來討論一個有趣的話題，那就是隨機。

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