聊一聊时间戳

海上生明月，天涯共此时。在计算机的世界里，怎么才能“共此时”呢？

时间如何存储

存储的首先需要有唯一性。

你朋友说要在 22:00 给你打电话，结果 21:00 电话就来了，心里咒骂了一阵，才想起来朋友在日本，日本 22:00 时北京正好是 21:00。虽然平时可能不太注意得到，但是如果想让时间唯一，是需要加上时区的。用 时间＋时区 来存储时间似乎是一个好选择。

存储的数据最好能方便比较。

你可能很难一眼看出 10:00 CST 和 11:00 IOT 哪个时间更早。但如果统一换算成协调世界时(UTC)或是其它什么时区，就很容易比较了。也就是说存储的基准最好一致。

再着嘛，最好节省空间。

直接的想法是记录年月日时，但是一个标准的时间字符串 (如 2019-10-15 20:48:19.128) 就占用了 23 个字节，比较浪费。所以计算机中也使用一种称为 epoch time 的存储方式，存储的是当前时间(转换为 UTC) 距离 Unix epoch (1970-01-01 00:00:00) 的毫秒数，例如上例可表示为 1571172499000。这样要表示日常生活中的时间，通常只需要 4 个字节(32位) 或是 8 个字节(64位) 即可。当然，存储节省了，能表示的时间范围也小了，例如 32 位的 epoch time 最多只能表示到 2038-01-19。

下面是列举了一些系统的时间表示方式：

• MySQL 中的 TIMESTAMP 类型以 YYYY-MM-DD hh:mm:ss 表示当前时间对应的UTC时间[1]， 占 19 个字节。
  • 5.6.4 之后的版本可通过 TIMESTAMP(n) 指定保留 n 位毫秒数[2]
• Java 中的 Date 类型内部以 long 型(64位)存储当前时间(UTC)距 epoch time 的毫秒数。
• 大数据格式 Parquet 以 int96 的类型存储当前时间(UTC)距 epoch time 的纳秒数。

当然后面我们会看到，为了更准确处理各种情形，也会直接用 年月日时分秒＋时区 的方式存储。

时间如何解析

假设我们以 epoch time 作为存储格式，现在拿到 2019-10-15 20:48:19 这样一个时间，要如何转换成相应的 epoch time 呢？注意，这个时间字符串是不带时区的！

原始时区信息缺失是时间处理不一致的重要根源之一，不同的系统/工具应对的方式不同。

例如 java.sql.Timestamp.valueOf 会认为解析的字符串就是 UTC 时间。Java 创建 Timestamp类型的初衷是对标 MySQL 的 TIMESTAMP 类型，两者在解析时都认为输入是 UTC 时间也就不足为奇了。

String timeStr = "2019-10-15 10:10:10.001";
Timestamp timestamp = java.sql.Timestamp.valueOf(timeStr);
System.out.println(timestamp);
System.out.println(timestamp.getTime());

// 2019-10-15 10:10:10.001 # 北京时间下运行
// 1571105410001 # (2019-10-15 10:10:10.001 in GMT)

// 2019-10-15 10:10:10.001 # 东京时间下运行
// 1571101810001 # (2019-10-15 10:10:10.001 in GMT)

上例中将系统调成北京时间(CST)还是东京时间(JST)，输出的内容不变。

而 java.util.Date 以及对应的 java.text.DateFormat 都允许指定时区，默认选取系统的时区进行解析。下面以 SimpleDateFormat 为例 [3]：

SimpleDateFormat format = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS");
String timeStr = "2019-10-15 10:10:10.001";
java.util.Date date = format.parse(timeStr);
System.out.println(date);
System.out.println(date.getTime());

// Tue Oct 15 10:10:10 CST 2019 # 北京时间下运行
// 1571105410001 # (2019-10-15 2:10:10.001 in GMT)

// Tue Oct 15 10:10:10 JST 2019 # 东京时间下运行
// 1571101810001 # (2019-10-15 1:10:10.001 in GMT)

由于使用了系统当前所在的时区，上面的代码在北京时间（CST）和东京时间（JST）下执行，得到的毫秒数是不同的。

时间如何展示

展示的终极问题：要以当前的时区展示？还是以原时区展示？这是与业务相关的。

• 如果要判断一笔交易在几点进行，则可能按发生地时区展示/计算更合理（例如认为凌晨发生的交易是欺诈的可能性高，则境外的交易就需要按境外的时区算几点）
• 如果要展示一篇博客何时发布，以读者所在的时区展示可能更理想

正因为这个决定跟业务相关，系统的实现者只能为两种需求都提供对应的机制。显然以 epoch time 存储是不行的，因为它不带原始时区。MySQL 的存储也同样不行，虽然以字符串存储，但依旧不包含原始时区[4]。这里我们简单记录 Java 提供的处理机制。

Java 8 的 java.time 包中提供了许多时间处理的类，让我们按需自取。如 LocalDate、LocalTime 和 LocalDateTime 内部以年月日、时分秒的形式保存了日期和时间，不包含任何时区的信息。而 ZonedDateTime 则是 DateTime 加上时区，用于处理与时区相关的所有操作，包括时区间的时间转换。

Java 8 中的 ZonedDateTime 人如其名，内部提供了额外的字段保留时区：

String timeStr = "2019-10-15T10:10:10.001+02:00[Europe/Paris]";
ZonedDateTime datetime = ZonedDateTime.parse(timeStr);
System.out.println(datetime);
System.out.println(datetime.toInstant().getEpochSecond());

// 2019-10-15T10:10:10.001+02:00[Europe/Paris] # 北京时间下运行
// 1571127010 # 2019-10-15 08:10:10 GMT

可以看到，尽管在北京时间下运行，输出里仍然保留了原始输入的时区：巴黎时间。

而如果希望将巴黎时间展示为当前的时区，则可以如下操作：

String timeStr = "2019-10-15T10:10:10.001+02:00[Europe/Paris]";
ZonedDateTime parisTime = ZonedDateTime.parse(timeStr);
ZonedDateTime shanghaiTime = parisTime.withZoneSameInstant(ZoneId.systemDefault());
System.out.println(shanghaiTime);
System.out.println(parisTime.toInstant().getEpochSecond());

// 2019-10-15T16:10:10.001+08:00[Asia/Shanghai]
// 1571127010

可以看到，当前时区是上海，巴黎 10:10 时，上海是 16:10。

时间处理，尤其是在不同系统中传递时间信息，一般会涉及三个问题：

1. 数据解析，时间数据如何解析成内部格式？如何补全时区信息？
2. 数据存储，存储带不带原始时间的时区？
3. 数据展示，要展示原始时区？当前时区？还是其它时区？

考虑一下，Java 中的 LocalDateTime 是不带时区的，但是如果将对应数据存入 MySQL，则需要转换成 epoch time，那么如何补全时区信息呢？