遊戲開發中不同時區下的時間問題

在全球化網際網路時代，許多遊戲廠商都在大力開拓海外市場，大量的遊戲也都會選擇在海外發行。作為遊戲開發者的我們也不得不處理一個容易被忽略的問題，全球不同時區下的時間問題

一些與時區有關的時間概念

GMT（格林威治平均時間，Greenwich Mean Time）是指位於英國倫敦郊區的皇家格林尼治天文臺當地的平太陽時，它規定太陽每天經過位於英國倫敦郊區的皇家格林威治天文臺的時間為中午12點。由於地球每天的自轉是有些不規則的，而且正在緩慢減速，因此格林尼治平時基於天文觀測本身的缺陷，已經被原子鐘報時的協調世界時（UTC）所取代。

UTC（協調世界時，取自英文和法文的縮寫，英文是Coordinated Universal Time）是最主要的世界時間標準，其以原子時秒長為基礎，在時刻上儘量接近於格林威治標準時間

本地時間是指在日常生活中所使用的時間。這個時間等於我們所在（或者所使用）時區內的當地時間，它由與世界標準時間（UTC或GMT）之間的偏移量來定義。

GMT+08:00（UTC+8）即北京時間，比協調世界時快八小時。注意北京時間並不是北京的地方時間。

unix時間戳是從UTC1970年1月1日0時0分0秒（UTC/GMT的午夜）起至現在的總秒數，不考慮閏秒。因此時間戳不會因為時區的不同而不同

夏令時（Daylight Saving Time：DST），又稱日光節約時間，是為了節約能源，人為規定的時間。一般在天亮早的夏季人為將時間調快一小時，可以使人早起早睡，減少照明量，以充分利用光照資源，從而節約照明用電。

提前說明，本文後面會用一個名詞“時間表示”來指代包含年月日時分秒資訊的時間物件，比如以下的型別就可以被稱之為時間表示

• 時間字串 "1969年12月31日16時0分0秒"
• lua的表{year = 2021, month = 7, day = 17, hour = 19, min = 37, sec = 0}

時間表示很重要的一個特點是它是受時區影響的，但本身又沒有攜帶時區資訊。對於同一時刻，不同時區的時間表示是不同的。而時間戳恰恰相反，它不受時區影響，或者說它只針對於UTC時間。對於同一時刻，不同時區的時間戳都是唯一的。

如果採用Unity做遊戲開發，則可能會用到C#語言和Lua語言，所以接下來就分別介紹這兩種語言如何處理不同時區下的時間問題。

lua的時間庫

lua對時間的處理主要是兩個函式os.time和os.date

os.time ([table])

• 當不傳引數時，返回當前時刻的時間戳。它在任意時區下獲取到的結果一致，因為始終表示從UTC1970年1月1日0時0分0秒到當前時刻的UTC時間所經過的秒數
• 如果傳入一張表，就返回由這張表表示的時刻的時間戳。 這張表必須包含域 year，month，及 day； 可以包含有　hour （預設為 12 ）， min （預設為 0）， sec （預設為 0），以及 isdst （預設為 nil）。

請看下面的一段示例程式碼

local t1 = os.time()  
print(t1)  -- 輸出 1626521822
local t2 = os.time({year = 2021, month = 7, day = 17, hour = 19, min = 37, sec = 0})
print(t2)  -- 輸出 1626521820
local t3 = os.time({year = 1970, month = 1, day = 1, hour = 0, min = 0, sec = 0})
print(t3)  -- 輸出 nil
local t4 = os.time({year = 1970, month = 1, day = 1, hour = 8, min = 0, sec = 0})
print(t4)  -- 輸出 0

第一個輸出表示的是執行該程式碼時的時間戳，當時我是在北京時間"2021-07-17 19:37:02"時刻執行的，所以它與第二個輸出，表示的是北京時間"2021-07-17 19:37:00"時刻的時間戳，相差2秒是正確的

問題在於第三個輸出為什麼是nil，而第四個輸出是0？

注意時間戳表示的是從UTC1970年1月1日0時0分0秒到當前時刻所經過的秒數，而os.time在將時間表示轉換為時間戳時，認為這個時間表示是本地時區的時間。而我的時間是北京時間，將北京時間1970年1月1日0時0分0秒轉換為UTC時間，實際上是1969年12月31日16時0分0秒，超出了時間戳的定義範圍，所以返回的是nil。

對於第四個輸出，北京時間的1970年1月1日8時0分0秒，對應的正好是UTC時間1970年1月1日0時0分0秒，所以輸出是0

os.date ([format [, time]])

• 返回一個包含日期及時刻的字串或表。 格式化方法取決於所給字串 format。
• 如果提供了 time 引數， 格式化這個時間 （這個值的含義參見 os.time 函式）。 否則，date 格式化當前時間。
• 如果 format 以 '!' 打頭， 日期以協調世界時格式化，如果沒有 '!' 日期以本地時間格式化。 在這個可選字元項之後
  • 如果 format 為字串 "*t"， date 返回有後續域的表： year （四位數字），month （1–12），day （1–31）， hour （0–23），min （0–59），sec （0–61）， wday （星期幾，星期天為 1 ）， yday （當年的第幾天）， 以及 isdst （夏令時標記，一個布林量）。 對於最後一個域，如果該資訊不提供的話就不存在。
  • 如果 format 並非 "*t"， date 以字串形式返回， 格式化方法遵循 ISO C 函式 strftime 的規則。
• 如果不傳引數呼叫， date 返回一個合理的日期時間串， 格式取決於宿主程式以及當前的區域設定 （即，os.date() 等價於 os.date("%c")）。

請看下面的一段示例程式碼

local d1 = os.date("%Y-%m-%d %H:%M:%S", 1626521822)
print(d1)  -- 輸出 2021-07-17 19:37:02
local d2 = os.date("!%Y-%m-%d %H:%M:%S", 1626521822)
print(d2)  -- 輸出 2021-07-17 11:37:02

對於第一個輸出，format字串沒有以 '!' 打頭，所以它是以本地時間格式化的，即北京時間。所以返回"2021-07-17 19:37:02"，如果執行程式碼的開發者是在東九區（比北京時間快一個小時），則會返回"2021-07-17 20:37:02"。因此該程式碼在不同的時區執行，輸出的結果是不同的

對於第二個輸出，format字串以 '!' 打頭，所以它以協調世界時格式化，無論在哪個時區，執行該程式碼都返回的是相同值

c#的時間庫

由於本文主要是探討不同時區下的時間問題，所以這裡就只列出了C#部分與時區轉換相關的類和函式

DateTime

表示時間上的一刻，通常以日期和當天的時間表示

• DateTime.Ticks，獲取表示此例項的日期和時間的計時週期數。（1秒=1000毫秒，1毫秒=10000ticks）
• DateTime.ToLocalTime，將當前 DateTime 物件的值轉換為本地時間。
• DateTime.ToUniversalTime，將當前 DateTime 物件的值轉換為協調世界時 (UTC)。
• DateTime.TryParse(String, DateTime)，將日期和時間的指定字串表示形式轉換為其 DateTime 等效項，並返回一個指示轉換是否成功的值。

請看下面的一段示例程式碼

DateTime dateTime = new DateTime(2021, 7, 17, 19, 37, 2, DateTimeKind.Unspecified);
DateTime d1 = dateTime.ToLocalTime();
DateTime d2 = dateTime.ToUniversalTime().ToLocalTime();
Console.WriteLine(d1);  // 輸出 2021/7/18 3:37:02
Console.WriteLine(d2);  // 輸出 2021/7/17 19:37:02

可以看到第一個輸出與第二個輸出是不同的，這是因為當一個DateTime物件的Kind屬性是DateTimeKind.Unspecified時，呼叫ToLocalTime()方法，會預設DateTime物件是基於UTC的。呼叫ToUniversalTime()，會預設DateTime物件是基於本地時間的。進行時區轉換時，儘量使用TimeZoneInfo來避免這樣的預設設定

TimeZoneInfo

• TimeZoneInfo.Utc，獲取表示協調世界時 (UTC) 區域的 TimeZoneInfo 物件。
• TimeZoneInfo.Local，獲取表示本地時區的 TimeZoneInfo 物件。
• TimeZoneInfo.ConvertTime(DateTime, TimeZoneInfo)，將時間轉換為特定時區的時間。
• TimeZoneInfo.ConvertTime(DateTime, TimeZoneInfo, TimeZoneInfo)，將時間從一個時區轉換到另一個時區。

如何進行時區轉換

由於C#本身已經定義了時區的概念，所以轉換起來比較容易，直接使用ConvertTime函式

請看下面的一段示例程式碼

DateTime dateTime = new DateTime(2021, 7, 17, 19, 37, 2, DateTimeKind.Unspecified);
TimeZoneInfo timeZoneInfo1 = TimeZoneInfo.Local;
TimeZoneInfo timeZoneInfo2 = TimeZoneInfo.Utc;
DateTime d1 = TimeZoneInfo.ConvertTime(dateTime, timeZoneInfo1, timeZoneInfo2);
DateTime d2 = TimeZoneInfo.ConvertTime(dateTime, timeZoneInfo2, timeZoneInfo1);
Console.WriteLine(d1);  // 輸出 2021/7/17 11:37:02
Console.WriteLine(d2);  // 輸出 2021/7/18 3:37:02

第一個輸出是將本地時間（北京時間）的"2021/7/17 19:37:02"轉換為UTC時間的結果，第二個輸出是將UTC時間的"2021/7/17 19:37:02"轉換為本地時間（北京時間）的結果

而Lua本身沒有時區的定義，所以這裡採用與UTC時間的時間差來作為時區的表示。比如UTC時區表示就是0（相差0），北京時間的時區表示就是8 * 60 * 60（相差8個小時）

具體示例，請看下面的一段程式碼

local timeZone1 = 0
local timeZone2 = 8 * 60 * 60
local timeZone3 = 9 * 60 * 60
local dateTime = {year = 2021, month = 7, day = 17, hour = 19, min = 37, sec = 2}

-- 獲取本地時區
local function getLocalTimeZone()
	local now = os.time()
	local offset = os.date("*t").isdst and 60 * 60 or 0  -- 通過isdst判斷是否是夏令時
	return os.difftime(now + offset, os.time(os.date("!*t", now)))
end

local function convertTime( dateTime, sourceTimeZone, destinationTimeZone )
	local time = os.time(dateTime) + (destinationTimeZone - sourceTimeZone)
	return os.date("*t", time)
end

print(getLocalTimeZone()) -- 輸出 28800

local d1 = convertTime(dateTime, timeZone2, timeZone3)
local d2 = convertTime(dateTime, timeZone3, timeZone2)
dump(d1)
--[[
輸出
- "<var>" = {
-     "day"   = 17
-     "hour"  = 20
-     "isdst" = false
-     "min"   = 37
-     "month" = 7
-     "sec"   = 2
-     "wday"  = 7
-     "yday"  = 198
-     "year"  = 2021
- }
]]
dump(d2)
--[[
輸出
- "<var>" = {
-     "day"   = 17
-     "hour"  = 18
-     "isdst" = false
-     "min"   = 37
-     "month" = 7
-     "sec"   = 2
-     "wday"  = 7
-     "yday"  = 198
-     "year"  = 2021
- }
]]

第一個輸出表示的是（在上面的Lua時區定義下的）本地時區，28800（8個小時）

第二個輸出是將北京時間的"2021/7/17 19:37:02"轉換為東九區時間（比UTC快9個小時，比北京時間快1個小時）的結果，第三個輸出是將東九區時間的"2021/7/17 19:37:02"轉換為北京時間的結果。程式碼中的dump是可用於格式化列印Lua表結構的函式，感興趣的同學可以檢視這裡

將時間戳轉換為時間表示

這種情況在遊戲開發中會經常遇到，接收服務端下發的一個時間戳，然後客戶端將時間戳轉換到使用者手機設定的時區下的時間表示

對於同一時刻，無論伺服器處於哪裡，它下發的時間戳都應該是一致的，但不同時區下的客戶端顯示又都是不同的

在C#中可以利用下面的函式（完整的類可以檢視這裡）將時間戳轉換為UTC時間。注意是UTC時間，然後再利用上面提到的時區轉換，將UTC時間轉換為任意時區的時間。

public const int TickToSecond = 10000000;
public static readonly DateTime TIME1970 = new DateTime(1970, 1, 1);
public static DateTime TickToDateTime(long t)
{
    return new DateTime(TIME1970.Ticks + (long)((double)t * TickToSecond), DateTimeKind.Utc);
}

在Lua中可以直接使用os.date函式將時間戳轉換為UTC時間表示（format 以 '!' 打頭）或本地時間表示（format 不以 '!' 打頭），然後再通過上面提到的Lua時區轉換轉換到指定時區

如下面的示例程式碼，是將時間戳轉換為本地時間表示

local d = os.date("*t", 1626521822)
dump(d)
--[[
輸出
- "<var>" = {
-     "day"   = 17
-     "hour"  = 19
-     "isdst" = false
-     "min"   = 37
-     "month" = 7
-     "sec"   = 2
-     "wday"  = 7
-     "yday"  = 198
-     "year"  = 2021
- }
]]

將時間表示轉換為時間戳

將時間表示轉換為時間戳在遊戲開發中，常見於讀取遊戲的時間配置。比如為了方便策劃或運營配置某個活動的起始時間，可以使用類似"2021-07-17 19:37:02"這樣的時間字串進行配置。開發再通過將其轉換為時間戳進行其它操作

在C#中可以使用TryParse函式將一個時間字串轉換為DateTime物件，然後再通過下面的DateTimeToTick函式（完整的類可以檢視這裡）將其轉換為時間戳。注意DateTimeToTick函式要求傳入的DateTime物件是UTC時間，而通過TryParse函式得到的DateTime物件是本地時間的，所以還需要通過上面提到的時間轉換將其轉換為UTC時間才能得到正確的結果

public static long DateTimeToTick(DateTime date)
{
    return (long)((double)(date.Ticks - TIME1970.Ticks) / TickToSecond);
}

string str = "2021/7/17 19:37:02";
DateTime d1;
DateTime.TryParse(str, out d1);
DateTime d2 = TimeZoneInfo.ConvertTime(d1, TimeZoneInfo.Local, TimeZoneInfo.Utc);

long t1 = DateTimeToTick(d1);
long t2 = DateTimeToTick(d2);
Console.WriteLine(t1);  // 輸出 1626550622
Console.WriteLine(t2);  // 輸出 1626521822

第一個輸出由於傳入DateTimeToTick函式的DateTime物件是本地時間的，所以得到正確結果是錯誤的。第二個輸出是正確的，列印出了北京時間"2021/7/17 19:37:02"對應的時間戳

對於Lua而言，將時間字串轉換為時間戳需要多個步驟，先通過正規表示式將時間字串轉換為Lua的時間表，然後再通過os.time函式將時間表轉換為時間戳

local timeStr = "2021-07-17 19:37:02"
local _, _, year, month, day, hour, min, sec = string.find(timeStr, "(%d+)%-(%d+)%-(%d+)%s*(%d+):(%d+):(%d+)");
local dateTime = {
	year = tonumber(year), month = tonumber(month), day = tonumber(day), 
	hour = tonumber(hour), min = tonumber(min), sec = tonumber(sec)
}
dump(dateTime)
--[[
輸出
- "<var>" = {
-     "day"   = 17
-     "hour"  = 19
-     "min"   = 37
-     "month" = 7
-     "sec"   = 2
-     "year"  = 2021
- }
]]

local t = os.time(dateTime)
dump(t)  -- 輸出 1626521822

注意，在上面的示例中，預設時間字串都是本地時間下的字串，某些情況下為了統一，可能策劃或運營會基於某個時區配置時間字串。比如統一使用UTC時間進行配置，在這種情況下，需要注意先進行對應的時區轉換，再轉化為時間戳

參考資料

• 關於GMT、UTC、時區和夏令時的介紹
• lua中的時區與時間
• 遊戲時區問題小解