Java 8新特性（四）：新的時間和日期API

一書生VOID發表於2018-01-25
JavaAPI
Java 8新特性（四）：新的時間和日期API

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Java 8另一個新增的重要特性就是引入了新的時間和日期API，它們被包含在java.time包中。藉助新的時間和日期API可以以更簡潔的方法處理時間和日期。

在介紹本篇文章內容之前，我們先來討論Java 8為什麼要引入新的日期API，與之前的時間和日期處理方式有什麼不同？

在Java 8之前，所有關於時間和日期的API都存在各種使用方面的缺陷，主要有：

  1. Java的java.util.Date和java.util.Calendar類易用性差，不支援時區，並且是可變的，也就意味著他們都不是執行緒安全的；
  2. 用於格式化日期的類DateFormat被放在java.text包中，它是一個抽象類，所以我們需要例項化一個SimpleDateFormat物件來處理日期格式化，並且DateFormat也是非執行緒安全，這意味著如果你在多執行緒程式中呼叫同一個DateFormat物件，會得到意想不到的結果。
  3. 對日期的計算方式繁瑣，而且容易出錯，因為月份是從0開始的，這意味著從Calendar中獲取的月份需要加一才能表示當前月份。

由於以上這些問題，出現了一些三方的日期處理框架，例如Joda-Time，data4j等開源專案。但是，Java需要一套標準的用於處理時間和日期的框架，於是Java 8中引入了新的日期API。新的日期API是JSR-310規範的實現，Joda-Time框架的作者正是JSR-310的規範的倡導者，所以能從Java 8的日期API中看到很多Joda-Time的特性。

Java 8日期/時間類

Java 8的日期和時間類包含LocalDate、LocalTime、Instant、Duration以及Period，這些類都包含在java.time包中，下面我們看看這些類的用法。

LocalDate和LocalTime

LocalDate類表示一個具體的日期，但不包含具體時間，也不包含時區資訊。可以通過LocalDate的靜態方法of()建立一個例項，LocalDate也包含一些方法用來獲取年份，月份，天，星期幾等：

LocalDate localDate = LocalDate.of(2017, 1, 4);     // 初始化一個日期：2017-01-04
int year = localDate.getYear();                     // 年份：2017
Month month = localDate.getMonth();                 // 月份：JANUARY
int dayOfMonth = localDate.getDayOfMonth();         // 月份中的第幾天：4
DayOfWeek dayOfWeek = localDate.getDayOfWeek();     // 一週的第幾天：WEDNESDAY
int length = localDate.lengthOfMonth();             // 月份的天數：31
boolean leapYear = localDate.isLeapYear();          // 是否為閏年：false
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也可以呼叫靜態方法now()來獲取當前日期：

LocalDate now = LocalDate.now();
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LocalTime和LocalDate類似，他們之間的區別在於LocalDate不包含具體時間，而LocalTime包含具體時間，例如：

LocalTime localTime = LocalTime.of(17, 23, 52);     // 初始化一個時間：17:23:52
int hour = localTime.getHour();                     // 時：17
int minute = localTime.getMinute();                 // 分：23
int second = localTime.getSecond();                 // 秒：52
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LocalDateTime

LocalDateTime類是LocalDate和LocalTime的結合體，可以通過of()方法直接建立，也可以呼叫LocalDate的atTime()方法或LocalTime的atDate()方法將LocalDate或LocalTime合併成一個LocalDateTime：

LocalDateTime ldt1 = LocalDateTime.of(2017, Month.JANUARY, 4, 17, 23, 52);

LocalDate localDate = LocalDate.of(2017, Month.JANUARY, 4);
LocalTime localTime = LocalTime.of(17, 23, 52);
LocalDateTime ldt2 = localDate.atTime(localTime);
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LocalDateTime也提供用於向LocalDate和LocalTime的轉化：

LocalDate date = ldt1.toLocalDate();
LocalTime time = ldt1.toLocalTime();
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Instant

Instant用於表示一個時間戳，它與我們常使用的System.currentTimeMillis()有些類似，不過Instant可以精確到納秒（Nano-Second），System.currentTimeMillis()方法只精確到毫秒（Milli-Second）。如果檢視Instant原始碼，發現它的內部使用了兩個常量，seconds表示從1970-01-01 00:00:00開始到現在的秒數，nanos表示納秒部分（nanos的值不會超過999,999,999）。Instant除了使用now()方法建立外，還可以通過ofEpochSecond方法建立：

Instant instant = Instant.ofEpochSecond(120, 100000);
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ofEpochSecond()方法的第一個引數為秒，第二個引數為納秒，上面的程式碼表示從1970-01-01 00:00:00開始後兩分鐘的10萬納秒的時刻，控制檯上的輸出為：

1970-01-01T00:02:00.000100Z
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Duration

Duration的內部實現與Instant類似，也是包含兩部分：seconds表示秒，nanos表示納秒。兩者的區別是Instant用於表示一個時間戳（或者說是一個時間點），而Duration表示一個時間段，所以Duration類中不包含now()靜態方法。可以通過Duration.between()方法建立Duration物件：

LocalDateTime from = LocalDateTime.of(2017, Month.JANUARY, 5, 10, 7, 0);    // 2017-01-05 10:07:00
LocalDateTime to = LocalDateTime.of(2017, Month.FEBRUARY, 5, 10, 7, 0);     // 2017-02-05 10:07:00
Duration duration = Duration.between(from, to);     // 表示從 2017-01-05 10:07:00 到 2017-02-05 10:07:00 這段時間

long days = duration.toDays();              // 這段時間的總天數
long hours = duration.toHours();            // 這段時間的小時數
long minutes = duration.toMinutes();        // 這段時間的分鐘數
long seconds = duration.getSeconds();       // 這段時間的秒數
long milliSeconds = duration.toMillis();    // 這段時間的毫秒數
long nanoSeconds = duration.toNanos();      // 這段時間的納秒數
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Duration物件還可以通過of()方法建立，該方法接受一個時間段長度，和一個時間單位作為引數：

Duration duration1 = Duration.of(5, ChronoUnit.DAYS);       // 5天
Duration duration2 = Duration.of(1000, ChronoUnit.MILLIS);  // 1000毫秒
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Period

Period在概念上和Duration類似，區別在於Period是以年月日來衡量一個時間段，比如2年3個月6天：

Period period = Period.of(2, 3, 6);
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Period物件也可以通過between()方法建立，值得注意的是，由於Period是以年月日衡量時間段，所以between()方法只能接收LocalDate型別的引數：

// 2017-01-05 到 2017-02-05 這段時間
Period period = Period.between(
                LocalDate.of(2017, 1, 5),
                LocalDate.of(2017, 2, 5));
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日期的操作和格式化

增加和減少日期

Java 8中的日期/時間類都是不可變的，這是為了保證執行緒安全。當然，新的日期/時間類也提供了方法用於建立物件的可變版本，比如增加一天或者減少一天：

LocalDate date = LocalDate.of(2017, 1, 5);          // 2017-01-05

LocalDate date1 = date.withYear(2016);              // 修改為 2016-01-05
LocalDate date2 = date.withMonth(2);                // 修改為 2017-02-05
LocalDate date3 = date.withDayOfMonth(1);           // 修改為 2017-01-01

LocalDate date4 = date.plusYears(1);                // 增加一年 2018-01-05
LocalDate date5 = date.minusMonths(2);              // 減少兩個月 2016-11-05
LocalDate date6 = date.plus(5, ChronoUnit.DAYS);    // 增加5天 2017-01-10
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上面例子中對於日期的操作比較簡單，但是有些時候我們要面臨更復雜的時間操作，比如將時間調到下一個工作日，或者是下個月的最後一天，這時候我們可以使用with()方法的另一個過載方法，它接收一個TemporalAdjuster引數，可以使我們更加靈活的調整日期：

LocalDate date7 = date.with(nextOrSame(DayOfWeek.SUNDAY));      // 返回下一個距離當前時間最近的星期日
LocalDate date9 = date.with(lastInMonth(DayOfWeek.SATURDAY));   // 返回本月最後一個星期六
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要使上面的程式碼正確編譯，你需要使用靜態匯入TemporalAdjusters物件：

import static java.time.temporal.TemporalAdjusters.*;
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TemporalAdjusters類中包含了很多靜態方法可以直接使用，下面的表格列出了一些方法：

方法名 描述
dayOfWeekInMonth 返回同一個月中每週的第幾天
firstDayOfMonth 返回當月的第一天
firstDayOfNextMonth 返回下月的第一天
firstDayOfNextYear 返回下一年的第一天
firstDayOfYear 返回本年的第一天
firstInMonth 返回同一個月中第一個星期幾
lastDayOfMonth 返回當月的最後一天
lastDayOfNextMonth 返回下月的最後一天
lastDayOfNextYear 返回下一年的最後一天
lastDayOfYear 返回本年的最後一天
lastInMonth 返回同一個月中最後一個星期幾
next / previous 返回後一個/前一個給定的星期幾
nextOrSame / previousOrSame 返回後一個/前一個給定的星期幾，如果這個值滿足條件，直接返回

如果上面表格中列出的方法不能滿足你的需求，你還可以建立自定義的TemporalAdjuster介面的實現，TemporalAdjuster也是一個函式式介面，所以我們可以使用Lambda表示式：

@FunctionalInterface
public interface TemporalAdjuster {
    Temporal adjustInto(Temporal temporal);
}
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比如給定一個日期，計算該日期的下一個工作日（不包括星期六和星期天）：

LocalDate date = LocalDate.of(2017, 1, 5);
date.with(temporal -> {
    // 當前日期
    DayOfWeek dayOfWeek = DayOfWeek.of(temporal.get(ChronoField.DAY_OF_WEEK));

    // 正常情況下，每次增加一天
    int dayToAdd = 1;

    // 如果是星期五，增加三天
    if (dayOfWeek == DayOfWeek.FRIDAY) {
        dayToAdd = 3;
    }

    // 如果是星期六，增加兩天
    if (dayOfWeek == DayOfWeek.SATURDAY) {
        dayToAdd = 2;
    }

    return temporal.plus(dayToAdd, ChronoUnit.DAYS);
});
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格式化日期

新的日期API中提供了一個DateTimeFormatter類用於處理日期格式化操作，它被包含在java.time.format包中，Java 8的日期類有一個format()方法用於將日期格式化為字串，該方法接收一個DateTimeFormatter型別引數：

LocalDateTime dateTime = LocalDateTime.now();
String strDate1 = dateTime.format(DateTimeFormatter.BASIC_ISO_DATE);    // 20170105
String strDate2 = dateTime.format(DateTimeFormatter.ISO_LOCAL_DATE);    // 2017-01-05
String strDate3 = dateTime.format(DateTimeFormatter.ISO_LOCAL_TIME);    // 14:20:16.998
String strDate4 = dateTime.format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd"));   // 2017-01-05
String strDate5 = dateTime.format(DateTimeFormatter.ofPattern("今天是：YYYY年 MMMM DD日 E", Locale.CHINESE)); // 今天是：2017年 一月 05日 星期四
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同樣，日期類也支援將一個字串解析成一個日期物件，例如：

String strDate6 = "2017-01-05";
String strDate7 = "2017-01-05 12:30:05";

LocalDate date = LocalDate.parse(strDate6, DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd"));
LocalDateTime dateTime1 = LocalDateTime.parse(strDate7, DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"));
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時區

Java 8中的時區操作被很大程度上簡化了，新的時區類java.time.ZoneId是原有的java.util.TimeZone類的替代品。ZoneId物件可以通過ZoneId.of()方法建立，也可以通過ZoneId.systemDefault()獲取系統預設時區：

ZoneId shanghaiZoneId = ZoneId.of("Asia/Shanghai");
ZoneId systemZoneId = ZoneId.systemDefault();
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of()方法接收一個“區域/城市”的字串作為引數，你可以通過getAvailableZoneIds()方法獲取所有合法的“區域/城市”字串：

Set<String> zoneIds = ZoneId.getAvailableZoneIds();
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對於老的時區類TimeZone，Java 8也提供了轉化方法：

ZoneId oldToNewZoneId = TimeZone.getDefault().toZoneId();
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有了ZoneId，我們就可以將一個LocalDate、LocalTime或LocalDateTime物件轉化為ZonedDateTime物件：

LocalDateTime localDateTime = LocalDateTime.now();
ZonedDateTime zonedDateTime = ZonedDateTime.of(localDateTime, shanghaiZoneId);
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將zonedDateTime列印到控制檯為：

2017-01-05T15:26:56.147+08:00[Asia/Shanghai]
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ZonedDateTime物件由兩部分構成，LocalDateTime和ZoneId，其中2017-01-05T15:26:56.147部分為LocalDateTime，+08:00[Asia/Shanghai]部分為ZoneId。

另一種表示時區的方式是使用ZoneOffset，它是以當前時間和**世界標準時間（UTC）/格林威治時間（GMT）**的偏差來計算，例如：

ZoneOffset zoneOffset = ZoneOffset.of("+09:00");
LocalDateTime localDateTime = LocalDateTime.now();
OffsetDateTime offsetDateTime = OffsetDateTime.of(localDateTime, zoneOffset);
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其他曆法

Java中使用的歷法是ISO 8601日曆系統，它是世界民用曆法，也就是我們所說的公曆。平年有365天，閏年是366天。閏年的定義是：非世紀年，能被4整除；世紀年能被400整除。為了計算的一致性，公元1年的前一年被當做公元0年，以此類推。

此外Java 8還提供了4套其他曆法（很奇怪為什麼沒有漢族人使用的農曆），每套曆法都包含一個日期類，分別是：

  • ThaiBuddhistDate：泰國佛教歷
  • MinguoDate：中華民國曆
  • JapaneseDate：日本歷
  • HijrahDate：伊斯蘭曆

每個日期類都繼承ChronoLocalDate類，所以可以在不知道具體曆法的情況下也可以操作。不過這些曆法一般不常用，除非是有某些特殊需求情況下才會使用。

這些不同的歷法也可以用於向公曆轉換：

LocalDate date = LocalDate.now();
JapaneseDate jpDate = JapaneseDate.from(date);
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由於它們都繼承ChronoLocalDate類，所以在不知道具體曆法情況下，可以通過ChronoLocalDate類操作日期：

Chronology jpChronology = Chronology.ofLocale(Locale.JAPANESE);
ChronoLocalDate jpChronoLocalDate = jpChronology.dateNow();
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我們在開發過程中應該儘量避免使用ChronoLocalDate，儘量用與曆法無關的方式操作時間，因為不同的歷法計算日期的方式不一樣，比如開發者會在程式中做一些假設，假設一年中有12個月，如果是中國農曆中包含了閏月，一年有可能是13個月，但開發者認為是12個月，多出來的一個月屬於明年的。再比如假設年份是累加的，過了一年就在原來的年份上加一，但日本天皇在換代之後需要重新紀年，所以過了一年年份可能會從1開始計算。

在實際開發過程中建議使用LocalDate，包括儲存、操作、業務規則的解讀；除非需要將程式的輸入或者輸出本地化，這時可以使用ChronoLocalDate類。

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