日期处理类 - 《Java基础教程》 - 严富坤的知识库专栏(yanfukun.com)

背景和设计目的
- 传统日期和时间类
- Java 8 日期和时间API
主要类和使用方法
实现原理
- java.util.Date 和 java.util.Calendar
- java.time API
性能比较
常见使用场景
最佳实践
总结

日期和时间处理在Java编程中是一个重要的任务。Java提供了多种类来处理日期和时间，包括传统的java.util.Date和java.util.Calendar，以及在Java 8中引入的新的日期和时间API（java.time包）。本文将详细介绍这些类的背景、设计目的、主要功能、使用方法、实现原理以及常见使用场景，并提供最佳实践建议。

背景和设计目的

传统日期和时间类

在Java的早期版本中，日期和时间处理主要由java.util.Date和java.util.Calendar类负责。Date类最初设计用于表示日期和时间，但其设计存在许多缺陷，如线程不安全、API设计不合理等。为了解决这些问题，Java引入了Calendar类，提供了更灵活的日期和时间操作。然而，Calendar类的设计依然复杂且不直观。

Java 8 日期和时间API

为了解决传统日期和时间类的缺陷，Java 8引入了全新的日期和时间API，包含在java.time包中。这个新的API借鉴了Joda-Time库的设计，提供了更简洁、直观和强大的日期和时间处理功能。新API包括了LocalDate、LocalTime、LocalDateTime、ZonedDateTime等类，涵盖了各种日期和时间处理需求。

主要类和使用方法

java.util.Date

Date类表示特定的瞬间，精确到毫秒。它包含了一些被废弃的方法，主要用于获取和设置日期的各个组成部分。

常用方法：

Date(): 创建一个表示当前日期和时间的Date对象。
Date(long date): 创建一个表示指定时间（从1970年1月1日开始的毫秒数）的Date对象。
long getTime(): 返回自1970年1月1日以来此Date对象表示的毫秒数。
void setTime(long time): 设置此Date对象为自1970年1月1日以来的指定毫秒数。

示例代码：

import java.util.Date;
public class DateExample {
    public static void main(String[] args) {
        Date now = new Date();
        System.out.println("Current Date: " + now);
        long timeInMillis = now.getTime();
        System.out.println("Time in milliseconds: " + timeInMillis);
        Date specificDate = new Date(1631023200000L);
        System.out.println("Specific Date: " + specificDate);
    }
}

java.util.Calendar

Calendar类提供了一种更加灵活的日期和时间操作方式。它是一个抽象类，通常通过Calendar.getInstance()方法获取实例。

常用方法：

static Calendar getInstance(): 获取一个Calendar对象，初始化为当前日期和时间。
int get(int field): 获取指定日历字段的值。
void set(int field, int value): 设置指定日历字段的值。
void add(int field, int amount): 根据日历规则，为指定日历字段添加或减去指定的时间量。

示例代码：

import java.util.Calendar;
public class CalendarExample {
    public static void main(String[] args) {
        Calendar calendar = Calendar.getInstance();
        System.out.println("Current Date and Time: " + calendar.getTime());
        int year = calendar.get(Calendar.YEAR);
        int month = calendar.get(Calendar.MONTH) + 1; // Months are zero-based
        int day = calendar.get(Calendar.DAY_OF_MONTH);
        System.out.println("Year: " + year + ", Month: " + month + ", Day: " + day);
        calendar.add(Calendar.DAY_OF_MONTH, 5);
        System.out.println("Date after 5 days: " + calendar.getTime());
    }
}

java.time.LocalDate

LocalDate类表示无时区的日期，如2014-12-03。它不包含时间信息，也不包含时区信息。

常用方法：

static LocalDate now(): 获取当前日期。
static LocalDate of(int year, int month, int dayOfMonth): 获取指定日期的LocalDate对象。
int getYear(): 获取年份。
int getMonthValue(): 获取月份（1-12）。
int getDayOfMonth(): 获取月份中的天数。
LocalDate plusDays(long daysToAdd): 返回增加指定天数后的日期。
LocalDate minusDays(long daysToSubtract): 返回减少指定天数后的日期。

示例代码：

import java.time.LocalDate;
public class LocalDateExample {
    public static void main(String[] args) {
        LocalDate today = LocalDate.now();
        System.out.println("Today's Date: " + today);
        LocalDate specificDate = LocalDate.of(2021, 9, 1);
        System.out.println("Specific Date: " + specificDate);
        LocalDate nextWeek = today.plusDays(7);
        System.out.println("Date after 7 days: " + nextWeek);
        LocalDate lastMonth = today.minusDays(30);
        System.out.println("Date 30 days ago: " + lastMonth);
    }
}

java.time.LocalTime

LocalTime类表示无时区的时间，如10:15:30。它不包含日期信息，也不包含时区信息。

常用方法：

static LocalTime now(): 获取当前时间。
static LocalTime of(int hour, int minute, int second): 获取指定时间的LocalTime对象。
int getHour(): 获取小时。
int getMinute(): 获取分钟。
int getSecond(): 获取秒。
LocalTime plusHours(long hoursToAdd): 返回增加指定小时数后的时间。
LocalTime minusMinutes(long minutesToSubtract): 返回减少指定分钟数后的时间。

示例代码：

import java.time.LocalTime;
public class LocalTimeExample {
    public static void main(String[] args) {
        LocalTime now = LocalTime.now();
        System.out.println("Current Time: " + now);
        LocalTime specificTime = LocalTime.of(14, 30, 0);
        System.out.println("Specific Time: " + specificTime);
        LocalTime later = now.plusHours(2);
        System.out.println("Time after 2 hours: " + later);
        LocalTime earlier = now.minusMinutes(15);
        System.out.println("Time 15 minutes ago: " + earlier);
    }
}

java.time.LocalDateTime

LocalDateTime类表示无时区的日期和时间，如2014-12-03T10:15:30。它不包含时区信息。

常用方法：

static LocalDateTime now(): 获取当前日期和时间。
static LocalDateTime of(int year, int month, int dayOfMonth, int hour, int minute): 获取指定日期和时间的LocalDateTime对象。
LocalDate toLocalDate(): 获取日期部分。
LocalTime toLocalTime(): 获取时间部分。
LocalDateTime plusDays(long daysToAdd): 返回增加指定天数后的日期和时间。
LocalDateTime minusHours(long hoursToSubtract): 返回减少指定小时数后的日期和时间。

示例代码：

import java.time.LocalDateTime;
public class LocalDateTimeExample {
    public static void main(String[] args) {
        LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
        System.out.println("Current Date and Time: " + now);
        LocalDateTime specificDateTime = LocalDateTime.of(2021, 9, 1, 14, 30);
        System.out.println("Specific Date and Time: " + specificDateTime);
        LocalDateTime nextWeek = now.plusDays(7);
        System.out.println("Date and Time after 7 days: " + nextWeek);
        LocalDateTime lastMonth = now.minusHours(24 * 30);
        System.out.println("Date and Time 30 days ago: " + lastMonth);
    }
}

java.time.ZonedDateTime

ZonedDateTime类表示具有时区的日期和时间，如2014-12-03T10:15:30+01:00[Europe/Paris]。

常用方法：

static ZonedDateTime now(): 获取当前日期和时间，使用系统默认时区。
static ZonedDateTime of(LocalDateTime localDateTime, ZoneId zone): 获取指定日期、时间和时区的ZonedDateTime对象。
ZoneId getZone(): 获取时区。
ZonedDateTime withZoneSameInstant(ZoneId zone): 返回一个具有相同瞬间但不同时区的新ZonedDateTime对象。
ZonedDateTime plusDays(long daysToAdd): 返回增加指定天数后的日期和时间。
ZonedDateTime minusHours(long hoursToSubtract): 返回减少指定小时数后的日期和时间。

示例代码：

import java.time.LocalDateTime;
import java.time.ZoneId;
import java.time.ZonedDateTime;
public class ZonedDateTimeExample {
    public static void main(String[] args) {
        ZonedDateTime now = ZonedDateTime.now();
        System.out.println("Current Date and Time with Zone: " + now);
        ZoneId zone = ZoneId.of("Europe/Paris");
        ZonedDateTime specificZonedDateTime = ZonedDateTime.of(LocalDateTime.of(2021, 9, 1, 14, 30), zone);
        System.out.println("Specific Date and Time with Zone: " + specificZonedDateTime);
        ZonedDateTime nextWeek = now.plusDays(7);
        System.out.println("Date and Time after 7 days with Zone: " + nextWeek);
        ZonedDateTime lastMonth = now.minusHours(24 * 30);
        System.out.println("Date and Time 30 days ago with Zone: " + lastMonth);
    }
}

实现原理

java.util.Date 和 java.util.Calendar

Date类在内部使用一个long值表示自1970年1月1日以来的毫秒数。它的实现非常简单，但由于其设计缺陷（如线程不安全、API设计不合理等），使用起来并不方便。

Calendar类通过组合方式实现日期和时间的表示和操作。它内部包含一个Date对象，并提供了丰富的方法来操作日期和时间。Calendar类的设计更为灵活，但其API依然复杂且不直观。

java.time API

Java 8 引入的java.time API 借鉴了 Joda-Time 库的设计，采用不可变对象和工厂方法模式，提供了简洁、直观和强大的日期和时间处理功能。

LocalDate、LocalTime和LocalDateTime类使用int和long类型的字段来表示日期和时间的各个部分，如年、月、日、小时、分钟等。它们的内部实现依赖于java.time.temporal.ChronoField和java.time.temporal.ChronoUnit类来进行日期和时间的计算和操作。

ZonedDateTime类在LocalDateTime的基础上增加了时区信息，通过ZoneId类来表示时区。时区转换和处理依赖于java.time.zone.ZoneRules类。

性能比较

java.time API 提供的日期和时间处理功能不仅更为强大，性能也比传统的Date和Calendar类更好。由于java.time API 采用不可变对象和工厂方法模式，在多线程环境中使用更为安全和高效。

以下是一个简单的性能测试示例，比较LocalDate和Calendar在日期加减操作中的性能：

import java.time.LocalDate;
import java.util.Calendar;
public class DatePerformanceTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用 LocalDate
        long startTime = System.nanoTime();
        LocalDate date = LocalDate.now();
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            date = date.plusDays(1);
        }
        long endTime = System.nanoTime();
        System.out.println("LocalDate: " + (endTime - startTime) + " ns");
        // 使用 Calendar
        startTime = System.nanoTime();
        Calendar calendar = Calendar.getInstance();
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            calendar.add(Calendar.DAY_OF_MONTH, 1);
        }
        endTime = System.nanoTime();
        System.out.println("Calendar: " + (endTime - startTime) + " ns");
    }
}

运行结果可能如下：

LocalDate: 50000000 ns
Calendar: 150000000 ns

从结果可以看出，在日期加减操作中，LocalDate的性能明显优于Calendar。

常见使用场景

处理当前日期和时间

获取当前日期和时间是最常见的日期和时间操作之一。使用LocalDate、LocalTime和LocalDateTime类可以方便地获取当前日期和时间。

示例：

import java.time.LocalDate;
import java.time.LocalTime;
import java.time.LocalDateTime;
public class CurrentDateTimeExample {
    public static void main(String[] args) {
        LocalDate today = LocalDate.now();
        LocalTime now = LocalTime.now();
        LocalDateTime nowDateTime = LocalDateTime.now();
        System.out.println("Current Date: " + today);
        System.out.println("Current Time: " + now);
        System.out.println("Current Date and Time: " + nowDateTime);
    }
}

日期和时间加减操作

日期和时间加减操作在许多应用中非常常见，如计算某个日期之后或之前的日期。使用LocalDate、LocalTime和LocalDateTime类可以方便地进行日期和时间的加减操作。

示例：

import java.time.LocalDate;
import java.time.LocalTime;
import java.time.LocalDateTime;
public class DateTimeManipulationExample {
    public static void main(String[] args) {
        LocalDate today = LocalDate.now();
        LocalTime now = LocalTime.now();
        LocalDateTime nowDateTime = LocalDateTime.now();
        LocalDate nextWeek = today.plusWeeks(1);
        LocalTime nextHour = now.plusHours(1);
        LocalDateTime nextMonth = nowDateTime.plusMonths(1);
        System.out.println("Date after 1 week: " + nextWeek);
        System.out.println("Time after 1 hour: " + nextHour);
        System.out.println("Date and Time after 1 month: " + nextMonth);
    }
}

日期和时间格式化

将日期和时间格式化为特定格式的字符串，或从特定格式的字符串解析日期和时间，是常见的需求。java.time.format.DateTimeFormatter类提供了强大的日期和时间格式化和解析功能。

示例：

import java.time.LocalDateTime;
import java.time.format.DateTimeFormatter;
public class DateTimeFormattingExample {
    public static void main(String[] args) {
        LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
        DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        String formattedDateTime = now.format(formatter);
        System.out.println("Formatted Date and Time: " + formattedDateTime);
        LocalDateTime parsedDateTime = LocalDateTime.parse("2021-09-01 14:30:00", formatter);
        System.out.println("Parsed Date and Time: " + parsedDateTime);
    }
}

时区处理

在处理跨时区的日期和时间时，需要考虑时区的影响。ZonedDateTime类和ZoneId类提供了强大的时区处理功能。

示例：

import java.time.LocalDateTime;
import java.time.ZoneId;
import java.time.ZonedDateTime;
public class ZonedDateTimeExample {
    public static void main(String[] args) {
        ZoneId zoneId = ZoneId.of("America/New_York");
        ZonedDateTime zonedDateTime = ZonedDateTime.of(LocalDateTime.now(), zoneId);
        System.out.println("Current Date and Time in New York: " + zonedDateTime);
        ZonedDateTime utcDateTime = zonedDateTime.withZoneSameInstant(ZoneId.of("UTC"));
        System.out.println("Current Date and Time in UTC: " + utcDateTime);
    }
}

最佳实践

优先使用Java 8的日期和时间API

尽量使用Java 8引入的java.time包中的日期和时间类，如LocalDate、LocalTime、LocalDateTime和ZonedDateTime，因为它们比传统的Date和Calendar类更直观、更强大且性能更好。

避免使用废弃的方法

避免使用java.util.Date类中的废弃方法，如getYear()、getMonth()、getDay()等。改用LocalDate、LocalTime等类提供的方法。

使用不可变对象

尽量使用不可变的日期和时间对象（如LocalDate、LocalTime、LocalDateTime），因为它们在多线程环境中更安全。

使用DateTimeFormatter进行格式化和解析

使用java.time.format.DateTimeFormatter类进行日期和时间的格式化和解析，以确保线程安全和格式化的一致性。

示例：

import java.time.LocalDateTime;
import java.time.format.DateTimeFormatter;
public class DateTimeFormattingExample {
    public static void main(String[] args) {
        LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
        DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        String formattedDateTime = now.format(formatter);
        System.out.println("Formatted Date and Time: " + formattedDateTime);
        LocalDateTime parsedDateTime = LocalDateTime.parse("2021-09-01 14:30:00", formatter);
        System.out.println("Parsed Date and Time: " + parsedDateTime);
    }
}

处理时区

在处理跨时区的日期和时间时，使用ZonedDateTime类和ZoneId类，确保正确处理时区

转换和显示。

示例：

import java.time.LocalDateTime;
import java.time.ZoneId;
import java.time.ZonedDateTime;
public class ZonedDateTimeExample {
    public static void main(String[] args) {
        ZoneId zoneId = ZoneId.of("America/New_York");
        ZonedDateTime zonedDateTime = ZonedDateTime.of(LocalDateTime.now(), zoneId);
        System.out.println("Current Date and Time in New York: " + zonedDateTime);
        ZonedDateTime utcDateTime = zonedDateTime.withZoneSameInstant(ZoneId.of("UTC"));
        System.out.println("Current Date and Time in UTC: " + utcDateTime);
    }
}

总结

Java提供了多种类来处理日期和时间，包括传统的java.util.Date和java.util.Calendar类，以及Java 8引入的全新的java.time包中的类。通过合理选择和使用这些类，可以编写出高效、健壮和易维护的日期和时间处理代码。

尽量使用Java 8引入的日期和时间API，因为它们比传统的类更直观、更强大且性能更好。在处理跨时区的日期和时间时，使用ZonedDateTime类和ZoneId类，确保正确处理时区转换和显示。

希望本文能帮助你更好地理解和使用Java中的日期处理相关类，提高你的编程水平和代码质量。