時區的坑，別再踩了！

打碼日記發表於2022-03-19

原創：打碼日記（微信公眾號ID：codelogs），歡迎分享，轉載請保留出處。

簡介

最近在使用date命令時，發現表示東8區(中國時區)要使用GMT-8，但在Java中卻需要使用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小時
$ 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);
//輸出2022-03-19 10:49:04 +08:00

這就讓人有點迷糊了，經過一段時間搜尋，發現在時區表達形式上還有不少知識點呢！

時區的偏移量表示法

眾所周知，為了方便各地區本地時間之間的轉換，人們將全球劃分為了24個時區，以格林尼治天文臺(GMT)為零時區，往東西兩個方向分別有12個時區，所以自然有了以GMT為字首的時區表示法，如下：

GMT+8表示東8區，中國就是使用這個時區，而GMT-8表示西8區，如果格林尼治天文臺的本地時間是2022-03-19的0點，那麼GMT+8地區的本地時間就是2022-03-19的8點，而GMT-8的本地時間就是往前8小時，即2022-03-18的16點。

注意，上面的各地區本地時間的表述雖然不同，但它們實際是同一個時刻(絕對時間)，要理解本地時間與絕對時間的區別。

GMT+8正是Java中支援的時區表示法，那為啥Linux中卻是GMT-8呢？實際上Linux中的GMT-8也可以寫成Etc/GMT-8，這才是它的標準名稱，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);
//輸出2022-03-19 10:49:04 +08:00

可以發現用Etc/GMT-8的話，Linux與Java的輸出都是一樣的了，是的，Etc/GMT-8也是一種類似GMT+8的時區表示機制，只不過它的+-號是反的。

Ok，雖然上面的差異弄清楚了，但時區的表示形式還沒有介紹完，接著往下看...

除了GMT+8表示方式外，我們還經常會看到UTC+8這樣的表示方式，這是UTC時區表示法。

即生GMT何生UTC？這是由於GMT是以格林尼治天文臺為時間基準，但地球不是完美球體且自轉速度在變慢，所以地球自轉速度並不均勻，這導致以格林尼治天文臺為時間基準是不準的。

為了更準確度量時間，科學家們發明了UTC時間，以銫原子躍遷次數來度量時間，比GMT時間更準確，為了保證GMT的準確性，每隔幾年GMT時間會做一次調整，以與UTC時間對齊。

因此，既然有了更準確的UTC，那麼就有了以UTC為字首的時區表示法，如中國時區可使用UTC+8。

各時區偏移量表示法一覽表，如下：

偏移量表示法	描述
GMT+8	相對GMT多8個小時
Etc/GMT-8	同GMT+8，`+-`號相反
UTC+8	同GMT+8
GMT+08:00	精確到分鐘級別
GMT+08:00:00	精確到秒級別
GMT+0800	精確到分鐘級別，省略冒號
GMT+080000	精確到秒級別，省略冒號
+08:00	精確到分鐘級別，省略字首
+08:00:00	精確到秒級別，省略字首
+0800	精確到分鐘級別，省略字首與冒號
+080000	精確到秒級別，省略字首與冒號
Z	表示零時區，等同於GMT、UTC、GMT+0、UTC+0

時區的區域表示法

除了用偏移量來表示時區，為了方便，人們還按區域/城市的方式來定義時區，如Asia/Shanghai，Asia/Hong_Kong都表示東8區，具體有哪些城市命名的時區，可以在時區資料庫中檢視。

另外，為了簡化區域時區表示法，又定義了一套時區縮寫，如CST是中國時區China Standard Time的縮寫，可以在時區縮寫中檢視各種縮寫定義。

注意，一般都不建議使用時區縮寫，因為時區縮寫的命名經常會重複，比如CST是Central Standard Time(北美中部標準時間UTC -6)、China Standard Time(中國標準時間UTC +8)、Cuba Standard Time(古巴標準時間UTC -5)。

由於不同軟體對CST的解釋可能不同，導致會出現時間相差13或14個小時的情況，這在Java搭配MySQL時經常出現，我還專門寫了一篇文章mysql的timestamp會存在時區問題？，對於一定要使用時區縮寫的場景，可以使用香港時區縮寫HKT，它不重複且和上海處於同一個時區。

區域表示法	描述
Asia/Shanghai	上海時區，即東8區
CST	時區縮寫，慎用

Java中表示時區

在Java中和時區相關的類有TimeZone、ZoneId，其中TimeZone是老的時區類，而ZoneId是新的時區類，它有ZoneOffset和ZoneRegion兩個子類，分別代表偏移量表示法和區域表示法。

那它們都支援上述的哪些時區寫法呢？寫個Demo驗證一下，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());
}

輸出如下：

+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

時區寫法	ZoneId	TimeZone
+08:00	支援	不支援
+0800	支援	不支援
GMT+8	支援	支援
Etc/GMT-8	支援	支援
UTC+8	支援	不支援
Asia/Shanghai	支援	支援
CST	支援，代表北美西部時間，非中國標準時間	支援，代表北美西部時間，非中國標準時間
Z	支援	支援

偏移量表示法與區域表示法區別

雖然偏移量表示法與區域表示法都可以表示時區，但由於夏令時的存在，它們並不完全等同。

夏令時（Daylight Saving Time: DST），也叫夏時制，是指為了節約能源，在天亮的早的夏季，人為將時間調快一小時，以充分利用光照資源，節約照明用電。

而中國在 1986 年至 1991 年也實行過夏令時，在1986~1991的每年從四月中旬第一個星期日的凌晨2時整（北京時間），將時鐘撥快一小時，即將錶針由2時撥至3時，夏令時開始；到九月中旬第一個星期日的凌晨2時整（北京夏令時），再將時鐘撥回一小時，即將錶針由2時撥至1時，夏令時結束。從1986年到1991年的六個年度，除1986年因是實行夏時制的第一年，從5月4日開始到9月14日結束外，其它年份均按規定的時段施行。

故會有下面看起來有點奇怪的現象：

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"))));
//輸出1986-05-04 03:00:00 Asia/Shanghai
System.out.println(dtf.format(instant.atZone(ZoneId.of("GMT+8"))));
//輸出1986-05-04 02:00:00 GMT+08:00

為什麼Asia/Shanghai輸出為3點，而GMT+8輸出為2點呢？原因是1986-05-04 02:00:00這個時間點中國正開始實行夏令時，時鐘撥快了1小時。

而GMT+8為什麼輸出為2點呢？因為中國、馬來西亞、菲律賓、新加坡的時區都是GMT+8，只有中國在實行夏令時，而在GMT+8中沒法感知到區域資訊，那java只能以沒有實行夏令時的方法來計算本地時間了。

夏令時導致的奇怪現象

正是由於夏令時的存在，導致程式可能出現詭異的現象甚至bug，如下：

由於夏令時會將2點改成3點，導致2點沒了，所以date命令報錯了

$ 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

時間解析後再格式化輸出，發現不一樣了

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));
//輸出1986-05-04 03:00:00 Asia/Shanghai

時間加1小時，發現加了2小時或根本沒變

public static void main(String[] args) {
	DateTimeFormatter dtf = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss VV");
	//加1小時剛好夏令時開始
	ZonedDateTime time1 = ZonedDateTime.parse("1986-05-04 01:00:00 Asia/Shanghai", dtf);
	printZonedDateTime(time1);
	printZonedDateTime(time1.plusHours(1));
	
	//加1小時剛好夏令時結束
	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));
}

輸出如下：

1986-05-04 01:00:00 Asia/Shanghai
1986-05-04 03:00:00 Asia/Shanghai  //加1小時，結果看起來加了2個小時
1986-09-14 01:00:00 Asia/Shanghai
1986-09-14 01:00:00 Asia/Shanghai  //加1小時，結果時間看起來沒變

為啥會這樣呢？原因是本地時間雖然看起來沒變，但Asia/Shanghai這個代表的時區卻發生了變化。

我們可以將上面printZonedDateTime中時間格式由yyyy-MM-dd HH:mm:ss VV修改為yyyy-MM-dd HH:mm:ss VV xxx再執行，發現輸出如下：

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，夏令時導致Asia/Shanghai這個時區不一定是東8區了，也可能是東9區，故Java中，想將ZoneRegion轉換為ZoneOffset，需要傳遞一個instant時刻引數，如下：

//輸出+08:00
Instant instant = Instant.now();
System.out.println(ZoneId.of("Asia/Shanghai").getRules().getOffset(instant));
//輸出+09:00，在1986-05-04 02:00:00 +08:00處於夏令時，增加了1小時
Instant instant = Instant.ofEpochSecond(515527200);
System.out.println(ZoneId.of("Asia/Shanghai").getRules().getOffset(instant));

夏令時真是一種自欺欺人的做法，還好中國從1991年後就沒再實行了！

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