Java日期时间处理：从传统到现代方案

最后修改:2024年11月1日

by Mohibul Hassan Chowdhury

1. 概述

日期时间处理是Java应用开发中的基础需求。随着Java版本的演进，日期时间API也在不断优化，为开发者提供了更简洁高效的解决方案。

本文将首先回顾Java早期的日期时间处理方式，然后深入探讨现代最佳实践，帮助开发者建立系统化的日期时间处理能力。

2. 传统方案

在java.time包出现之前，Java主要依赖Date和Calendar类处理日期时间。这些类虽然可用，但存在明显缺陷。

2.1. java.util.Date类

java.util.Date是Java最初的日期处理方案，但存在以下问题：

  • 可变性：对象状态可修改，存在线程安全隐患
  • 时区缺失：无法处理时区相关操作
  • API混乱：方法命名和返回值反直觉（如getYear()返回1900年以来的年数）
  • 废弃方法：大量方法已被标记为废弃

使用无参构造函数创建Date对象会获取当前时间戳：

Date now = new Date();
logger.info("当前日期时间: {}", now);

输出类似：Wed Sep 24 10:30:45 PDT 2024。⚠️ 尽管此构造函数仍可用，但不推荐在新项目中使用。

2.2. java.util.Calendar类

为弥补Date的不足，Java引入了Calendar类，提供了改进：

  • 支持多种日历系统
  • 时区管理能力
  • 更直观的日期操作方式

日期操作示例：

Calendar cal = Calendar.getInstance();
cal.add(Calendar.DAY_OF_MONTH, 5);
Date fiveDaysLater = cal.getTime();

这段代码计算5天后的日期并存储为Date对象。

但Calendar仍有缺陷：

  • 可变性：与Date一样非线程安全
  • API复杂：如月份从0开始计数等反直觉设计

3. 现代方案：java.time包

Java 8引入的java.time包提供了现代化的日期时间API。该包专门解决了传统类的设计缺陷，使日期时间操作更直观友好。

受流行的Joda-Time库启发，java.time已成为Java日期时间处理的核心方案。

3.1. java.time核心类

java.time包包含多个实用类，可分为三大类：

时间容器类：

  • LocalDate：仅表示日期（不含时间/时区）
  • LocalTime：仅表示时间（不含日期/时区）
  • LocalDateTime：日期+时间（不含时区）
  • ZonedDateTime：含时区的完整日期时间
  • Instant：时间线上的瞬时点（类似时间戳）

时间操作类：

  • Duration：基于时间的时长（如"5小时"）
  • Period：基于日期的时长（如"2年3个月"）
  • TemporalAdjusters：日期调整工具（如"下个周一"）
  • Clock：时钟访问器（支持时区控制）

格式化类：

3.2. java.time的优势

相比传统日期时间类，java.time包带来显著改进：

  • 不可变性：所有类不可变，天然线程安全
  • 清晰API：方法命名一致，降低学习成本
  • 职责明确：每个类专注特定功能（存储/操作/格式化）
  • 内置格式化：提供便捷的格式化和解析方法

4. java.time使用示例

在探索高级特性前，我们先掌握java.time的基础用法，包括日期创建、调整、格式化和时区处理。

4.1. 创建日期对象

java.time提供多种类表示不同维度的日期时间。使用LocalDate、LocalTime和LocalDateTime创建基础对象：

@Test
void givenCurrentDateTime_whenUsingLocalDateTime_thenCorrect() {
    LocalDate currentDate = LocalDate.now(); // 当前日期
    LocalTime currentTime = LocalTime.now(); // 当前时间
    LocalDateTime currentDateTime = LocalDateTime.now(); // 当前日期时间

    assertThat(currentDate).isBeforeOrEqualTo(LocalDate.now());
    assertThat(currentTime).isBeforeOrEqualTo(LocalTime.now());
    assertThat(currentDateTime).isBeforeOrEqualTo(LocalDateTime.now());
}

也可通过参数创建特定日期时间：

@Test
void givenSpecificDateTime_whenUsingLocalDateTime_thenCorrect() {
    LocalDate date = LocalDate.of(2024, Month.SEPTEMBER, 18);
    LocalTime time = LocalTime.of(10, 30);
    LocalDateTime dateTime = LocalDateTime.of(date, time);

    assertEquals("2024-09-18", date.toString());
    assertEquals("10:30", time.toString());
    assertEquals("2024-09-18T10:30", dateTime.toString());
}

4.2. 使用TemporalAdjusters调整日期

获取日期对象后，可通过TemporalAdjusters进行调整：

@Test
void givenTodaysDate_whenUsingVariousTemporalAdjusters_thenReturnCorrectAdjustedDates() {
    LocalDate today = LocalDate.now();

    LocalDate nextMonday = today.with(TemporalAdjusters.next(DayOfWeek.MONDAY));
    assertThat(nextMonday.getDayOfWeek())
        .as("下个周一应正确识别")
        .isEqualTo(DayOfWeek.MONDAY);

    LocalDate firstDayOfMonth = today.with(TemporalAdjusters.firstDayOfMonth());
    assertThat(firstDayOfMonth.getDayOfMonth())
        .as("当月首日应为1号")
        .isEqualTo(1);
}

除预定义调整器外，还可创建自定义调整器：

@Test
void givenCustomTemporalAdjuster_whenAddingTenDays_thenCorrect() {
    LocalDate specificDate = LocalDate.of(2024, Month.SEPTEMBER, 18);
    TemporalAdjuster addTenDays = temporal -> temporal.plus(10, ChronoUnit.DAYS);
    LocalDate adjustedDate = specificDate.with(addTenDays);

    assertEquals(
      specificDate.plusDays(10),
      adjustedDate,
      "调整后日期应为2024年9月18日后10天"
    );
}

4.3. 格式化日期

DateTimeFormatter提供线程安全的日期格式化能力：

@Test
void givenDateTimeFormat_whenFormatting_thenVerifyResults() {
    DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("dd-MM-yyyy HH:mm");
    LocalDateTime specificDateTime = LocalDateTime.of(2024, 9, 18, 10, 30);

    String formattedDate = specificDateTime.format(formatter);
    LocalDateTime parsedDateTime = LocalDateTime.parse("18-09-2024 10:30", formatter);

    assertThat(formattedDate).isNotEmpty().isEqualTo("18-09-2024 10:30");
}

支持预定义格式和自定义模式两种方式。

4.4. 解析日期

DateTimeFormatter同样可将字符串解析为日期对象：

@Test
void givenDateTimeFormat_whenParsing_thenVerifyResults() {
    DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("dd-MM-yyyy HH:mm");

    LocalDateTime parsedDateTime = LocalDateTime.parse("18-09-2024 10:30", formatter);

    assertThat(parsedDateTime)
            .isNotNull()
            .satisfies(time -> {
                assertThat(time.getYear()).isEqualTo(2024);
                assertThat(time.getMonth()).isEqualTo(Month.SEPTEMBER);
                assertThat(time.getDayOfMonth()).isEqualTo(18);
                assertThat(time.getHour()).isEqualTo(10);
                assertThat(time.getMinute()).isEqualTo(30);
            });
}

4.5. 时区处理：OffsetDateTime和OffsetTime

处理多时区场景时，OffsetDateTime和OffsetTime类非常实用：

@Test
void givenVariousTimeZones_whenCreatingOffsetDateTime_thenVerifyOffsets() {
    ZoneId parisZone = ZoneId.of("Europe/Paris");
    ZoneId nyZone = ZoneId.of("America/New_York");

    OffsetDateTime parisTime = OffsetDateTime.now(parisZone);
    OffsetDateTime nyTime = OffsetDateTime.now(nyZone);

    assertThat(parisTime)
            .isNotNull()
            .satisfies(time -> {
                assertThat(time.getOffset().getTotalSeconds())
                        .isEqualTo(parisZone.getRules().getOffset(Instant.now()).getTotalSeconds());
            });

    // 验证时区间时间差
    assertThat(ChronoUnit.HOURS.between(nyTime, parisTime) % 24)
            .isGreaterThanOrEqualTo(5)  // 纽约通常比巴黎晚5-6小时
            .isLessThanOrEqualTo(7);
}

示例展示了如何创建不同时区的OffsetDateTime实例并验证其偏移量。首先使用ZoneId定义巴黎和纽约时区，然后通过OffsetDateTime.now()获取当前时间。

测试验证了巴黎时间的偏移量是否符合预期，并检查纽约和巴黎的时间差是否在5-7小时的合理范围内。

4.6. 高级用法：Clock

Clock类提供了灵活的时间访问方式，在需要时间控制或测试时间相关逻辑时特别有用。

与直接使用LocalDateTime.now()不同，Clock允许基于特定时区获取时间，甚至模拟时间流逝。通过向Clock.system()传递ZoneId，可获取任意地区的当前时间：

@Test
void givenSystemClock_whenComparingDifferentTimeZones_thenVerifyRelationships() {
    Clock nyClock = Clock.system(ZoneId.of("America/New_York"));

    LocalDateTime nyTime = LocalDateTime.now(nyClock);

    assertThat(nyTime)
            .isNotNull()
            .satisfies(time -> {
                assertThat(time.getHour()).isBetween(0, 23);
                assertThat(time.getMinute()).isBetween(0, 59);
                // 验证时间在最近1分钟内
                assertThat(time).isCloseTo(
                        LocalDateTime.now(),
                        within(1, ChronoUnit.MINUTES)
                );
            });
}

Clock在需要管理多时区或统一控制时间流的应用中极具价值。

5. 传统类到现代类的迁移

维护遗留系统时，可能仍需处理使用Date或Calendar的代码。幸运的是，我们可以将传统类迁移到现代日期时间类。

5.1. Date转Instant

**传统Date类可通过toInstant()方法轻松转换为Instant**。这在迁移到java.time包时非常有用，因为Instant表示时间线上的瞬时点：

@Test
void givenSameEpochMillis_whenConvertingDateAndInstant_thenCorrect() {
    long epochMillis = System.currentTimeMillis();
    Date legacyDate = new Date(epochMillis);
    Instant instant = Instant.ofEpochMilli(epochMillis);
    
    assertEquals(
      legacyDate.toInstant(),
      instant,
      "Date和Instant应表示同一时刻"
    );
}

通过相同的毫秒值创建Date和Instant，验证它们表示同一时间点。

5.2. Calendar转ZonedDateTime

处理Calendar时，可迁移到更现代的ZonedDateTime，它能同时处理日期时间和时区信息：

@Test
void givenCalendar_whenConvertingToZonedDateTime_thenCorrect() {
    Calendar calendar = Calendar.getInstance();
    calendar.set(2024, Calendar.SEPTEMBER, 18, 10, 30);
    ZonedDateTime zonedDateTime = ZonedDateTime.ofInstant(
      calendar.toInstant(),
      calendar.getTimeZone().toZoneId()
    );

    assertEquals(LocalDate.of(2024, 9, 18), zonedDateTime.toLocalDate());
    assertEquals(LocalTime.of(10, 30), zonedDateTime.toLocalTime());
}

示例将Calendar实例转换为ZonedDateTime，并验证它们表示相同的日期时间。

6. 最佳实践

以下是使用java.time类的一些最佳实践：

  1. ✅ 新项目必须使用java.time类
  2. ✅ 不需要时区时使用LocalDate/LocalTime/LocalDateTime
  3. ✅ 处理时区或时间戳时使用ZonedDateTime或Instant
  4. ✅ 使用DateTimeFormatter进行日期解析和格式化
  5. ✅ 始终明确指定时区以避免混淆

这些实践为Java日期时间处理奠定了坚实基础，确保应用能高效准确地处理日期时间逻辑。

7. 总结

Java 8引入的java.time包彻底革新了日期时间处理方式。采用该API能显著提升代码的简洁性和可维护性。

尽管可能遇到使用Date或Calendar的遗留代码，但在新开发中采用java.timeAPI是明智之选。遵循本文概述的最佳实践，将帮助开发者编写更简洁、高效且可维护的代码。

完整源代码请参考GitHub仓库。

原始标题:Java Date and Calendar: From Legacy to Modern Approaches | Baeldung

« 上一篇： 在Java中基于嵌套列表过滤列表 | Baeldung中文版
» 下一篇： JetBrains Xodus 介绍