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# Java 中的日期和时间处理类：从传统到现代
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2024-11-07
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## 1、概览
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处理 `Date`（日期）和 `Time`（时间）是许多 Java 应用程序的基本组成部分。多年来，Java 在处理日期方面不断发展，引入了更好的解决方案来简化开发者的工作。
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## 2、传统的日期和时间处理类
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在 `java.time` 包出现之前，Java 主要使用 `Date` 和 `Calendar` 类来处理日期。尽管它们现在也可以使用，但是有一些缺陷。
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### 2.1、java.util.Date 类
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`java.util.Date` 类是 Java 最初处理日期的解决方案，但它有一些缺点：
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- 它是可变的，这意味着可能会遇到 **线程安全** 问题。
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- 不支持时区。
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- 它使用了令人困惑的方法名称和返回值，比如 `getYear()`，它返回的是自 *1900* 年以来的年数。
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- 许多方法已废弃。
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使用无参数构造函数创建 `Date` 对象，表示当前日期和时间（对象创建时）。
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如下，实例化一个 `Date` 对象并打印其值：
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```java
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Date now = new Date();
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logger.info("Current date and time: {}", now);
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```
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这将输出当前日期和时间，如 *Wed Sep 24 10:30:45 PDT 2024*。虽然该构造函数仍然有效，但由于上述原因，这里不再建议新项目使用该构造函数。
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### 2.2、java.util.Calendar 类
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由于 `Date` 的局限性，Java 引入了 `Calendar` 类，对其进行了改进：
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- 支持各种日历系统。
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- 时区管理。
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- 更加直观的日期操作方法。
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我们可以使用 `Calendar` 操作日期。
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```java
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Calendar cal = Calendar.getInstance();
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cal.add(Calendar.DAY_OF_MONTH, 5);
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Date fiveDaysLater = cal.getTime();
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```
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如上，我们计算当前日期 5 天后的日期，并将其存储在 `Date` 对象中。
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但是，`Calendar` 也有缺陷：
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- 和 `Date` 一样，它仍然是可变的，所以不是线程安全的。
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- 其 API 既混乱又复杂，比如月份是从 *0* 开始的。
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## 3、现代的日期和时间处理类：java.time 包
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Java 8 引入了 `java.time` 包，为处理日期和时间提供了一个现代、强大的 API。它旨在解决旧版 `Date` 和 `Calendar` 类的许多问题，使日期和时间操作更加直观和友好。
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受到流行的 [Joda-Time](https://www.joda.org/joda-time/) 库的启发，`java.time` 现在已成为处理日期和时间的核心 Java 解决方案。
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### 3.1、java.time 包下的关键类
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`java.time` 包提供了几个在实际应用中经常使用的重要类。这些类可分为三大类：
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#### 时间容器
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- `LocalDate`：代表日期，不包含时间或时区。
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- `LocalTime`：代表时间，不包含日期或时区。
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- `LocalDateTime`：包括了日期和时间，但不包括时区。
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- `ZonedDateTime`：包括了日期和时间以及时区。
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- `Instant`：代表时间轴上的一个特定点，类似于时间戳。
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#### 时间操作
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- `Duration`：表示基于时间的时间量（例如 “5 小时” 或 “30 秒”）。
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- `Period`：代表基于日期的时间量（如 “2 年 3 个月”）。
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- `TemporalAdjusters`：提供调整日期的方法（如查找下一个星期一）。
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- `Clock`：使用时区提供当前日期时间，并可进行时间控制。
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#### 格式化和输出
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- `DateTimeFormatter`：用于格式化和解析日期时间对象。
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### 3.2、java.time 包的优点
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与旧的日期和时间类相比，`java.time` 包带来了多项改进：
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- **不可变**：所有类都不可变，确保线程安全。
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- **清晰的 API**：方法一致，使 API 更容易理解。
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- **专注的类**：每个类都有特定的作用，无论是处理日期存储、操作还是格式化。
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- **格式化和解析**：内置方法可轻松格式化和解析日期。
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## 4、java.time 的使用示例
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首先从使用 `java.time` 包创建日期和时间表示的基础知识开始。有了基础后，再了解如何调整日期以及如何格式化和解析日期。
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### 4.1、创建日期表示
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`java.time` 包提供了多个类来表示日期和时间的不同方面。
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代码如下，使用 `LocalDate`、`LocalTime` 和 `LocalDateTime` 创建一个基本日期：
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```java
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@Test
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void givenCurrentDateTime_whenUsingLocalDateTime_thenCorrect() {
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LocalDate currentDate = LocalDate.now(); // 当前日期
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LocalTime currentTime = LocalTime.now(); // 当前时间
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LocalDateTime currentDateTime = LocalDateTime.now(); // 当前日期和时间
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assertThat(currentDate).isBeforeOrEqualTo(LocalDate.now());
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assertThat(currentTime).isBeforeOrEqualTo(LocalTime.now());
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assertThat(currentDateTime).isBeforeOrEqualTo(LocalDateTime.now());
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}
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```
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还可以通过传递所需的参数来创建特定的日期和时间：
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```java
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@Test
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void givenSpecificDateTime_whenUsingLocalDateTime_thenCorrect() {
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LocalDate date = LocalDate.of(2024, Month.SEPTEMBER, 18);
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LocalTime time = LocalTime.of(10, 30);
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LocalDateTime dateTime = LocalDateTime.of(date, time);
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assertEquals("2024-09-18", date.toString());
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assertEquals("10:30", time.toString());
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assertEquals("2024-09-18T10:30", dateTime.toString());
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}
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```
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### 4.2、用 TemporalAdjusters 调整日期
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有了日期表示后，我们就可以使用 `TemporalAdjusters` 对其进行调整。
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`TemporalAdjusters` 类提供了一组预定义的方法来操作日期：
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```java
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@Test
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void givenTodaysDate_whenUsingVariousTemporalAdjusters_thenReturnCorrectAdjustedDates() {
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LocalDate today = LocalDate.now();
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LocalDate nextMonday = today.with(TemporalAdjusters.next(DayOfWeek.MONDAY)); // 调整日期为下周一
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assertThat(nextMonday.getDayOfWeek())
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.as("Next Monday should be correctly identified")
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.isEqualTo(DayOfWeek.MONDAY);
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LocalDate firstDayOfMonth = today.with(TemporalAdjusters.firstDayOfMonth()); // 整日期为月初第一天
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assertThat(firstDayOfMonth.getDayOfMonth())
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.as("First day of the month should be 1")
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.isEqualTo(1);
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}
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```
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除了预定义的 *Adjuster*（调整器）外，我们还可以根据特定需求创建自定义 *Adjuster*：
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```java
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@Test
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void givenCustomTemporalAdjuster_whenAddingTenDays_thenCorrect() {
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LocalDate specificDate = LocalDate.of(2024, Month.SEPTEMBER, 18);
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TemporalAdjuster addTenDays = temporal -> temporal.plus(10, ChronoUnit.DAYS);
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LocalDate adjustedDate = specificDate.with(addTenDays);
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assertEquals(
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today.plusDays(10),
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adjustedDate,
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"The adjusted date should be 10 days later than September 18, 2024"
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);
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}
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```
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### 4.3、格式化日期
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`java.time.format` 包中的 `DateTimeFormatter` 类允许我们以线程安全的方式格式化和解析日期时间对象：
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```java
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@Test
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void givenDateTimeFormat_whenFormatting_thenVerifyResults() {
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DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("dd-MM-yyyy HH:mm");
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LocalDateTime specificDateTime = LocalDateTime.of(2024, 9, 18, 10, 30);
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String formattedDate = specificDateTime.format(formatter);
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LocalDateTime parsedDateTime = LocalDateTime.parse("18-09-2024 10:30", formatter);
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assertThat(formattedDate).isNotEmpty().isEqualTo("18-09-2024 10:30");
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}
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```
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我们可以根据需要使用预定义的格式或自定义的格式。
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### 4.4、解析日期
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同样，`DateTimeFormatter` 可以将字符串解析为日期或时间对象：
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```java
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@Test
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void givenDateTimeFormat_whenParsing_thenVerifyResults() {
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DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("dd-MM-yyyy HH:mm");
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LocalDateTime parsedDateTime = LocalDateTime.parse("18-09-2024 10:30", formatter);
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assertThat(parsedDateTime)
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.isNotNull()
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.satisfies(time -> {
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assertThat(time.getYear()).isEqualTo(2024);
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assertThat(time.getMonth()).isEqualTo(Month.SEPTEMBER);
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assertThat(time.getDayOfMonth()).isEqualTo(18);
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assertThat(time.getHour()).isEqualTo(10);
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assertThat(time.getMinute()).isEqualTo(30);
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});
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}
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```
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### 4.5、通过 OffsetDateTime 和 OffsetTime 处理时区
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在处理不同时区时，`OffsetDateTime` 和 `OffsetTime` 类对于处理日期和时间或与 UTC 的偏移量非常有用：
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```java
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@Test
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void givenVariousTimeZones_whenCreatingOffsetDateTime_thenVerifyOffsets() {
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// 巴黎时区
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ZoneId parisZone = ZoneId.of("Europe/Paris");
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// 纽约时区
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ZoneId nyZone = ZoneId.of("America/New_York");
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OffsetDateTime parisTime = OffsetDateTime.now(parisZone);
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OffsetDateTime nyTime = OffsetDateTime.now(nyZone);
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assertThat(parisTime)
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.isNotNull()
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.satisfies(time -> {
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assertThat(time.getOffset().getTotalSeconds())
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.isEqualTo(parisZone.getRules().getOffset(Instant.now()).getTotalSeconds());
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});
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// 验证不同地区之间的时差
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assertThat(ChronoUnit.HOURS.between(nyTime, parisTime) % 24)
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.isGreaterThanOrEqualTo(5) // 纽约一般比巴黎晚 5-6 个小时
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.isLessThanOrEqualTo(7);
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}
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```
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代码如上，演示了如何为不同时区创建 `OffsetDateTime` 实例并验证其偏移量。首先，使用 `ZoneId` 定义巴黎和纽约的时区。然后，使用 `OffsetDateTime.now()` 创建这两个时区的当前时间。
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该测试检查巴黎时间的偏移量是否与巴黎时区的预期偏移量相匹配。最后，验证纽约和巴黎之间的时间差，确保它在典型的 *5* 到 *7* 小时范围内，反映了标准时区差异。
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### 4.6、高级用例：Clock
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`java.time` 软件包中的 `Clock` 类提供了一种灵活的方式来访问当前日期和时间，同时考虑到特定的时区。
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在我们需要对时间进行更多控制或测试基于时间的逻辑时，该类非常有用。
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与使用 `LocalDateTime.now()` 获取系统当前时间不同，`Clock` 允许我们获取相对于特定时区的时间，甚至为测试目的模拟时间。通过向 `Clock.system()` 方法传递 `ZoneId`，我们可以获得任何地区的当前时间。例如，在下面的测试用例中，我们使用 `Clock` 类获取 `America/New_York`（美国/纽约）时区的当前时间：
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```java
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@Test
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void givenSystemClock_whenComparingDifferentTimeZones_thenVerifyRelationships() {
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Clock nyClock = Clock.system(ZoneId.of("America/New_York"));
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LocalDateTime nyTime = LocalDateTime.now(nyClock);
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assertThat(nyTime)
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.isNotNull()
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.satisfies(time -> {
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assertThat(time.getHour()).isBetween(0, 23);
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assertThat(time.getMinute()).isBetween(0, 59);
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// 验证是否在最后一分钟内（最近）
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assertThat(time).isCloseTo(
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LocalDateTime.now(),
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within(1, ChronoUnit.MINUTES)
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);
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});
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}
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```
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这也使得 `Clock` 对于管理多个时区或控制时间流一致的应用非常有用。
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## 5、从传统类到现代类的迁移
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我们可能仍然需要处理使用 `Date` 或 `Calendar` 的遗留代码或库。幸运的是，我们可以轻松地从旧的日期时间类迁移到新的日期时间类。
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### 5.1、转换 Date 为 Instant
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使用 `toInstant()` 方法可以轻松地将传统的 `Date` 类转换为 `Instant`。这对我们迁移到 `java.time` 包中的类很有帮助，因为 `Instant` 表示时间轴上的一个点（纪元）：
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```java
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@Test
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void givenSameEpochMillis_whenConvertingDateAndInstant_thenCorrect() {
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long epochMillis = System.currentTimeMillis();
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Date legacyDate = new Date(epochMillis);
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Instant instant = Instant.ofEpochMilli(epochMillis);
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assertEquals(
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legacyDate.toInstant(),
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instant,
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"Date and Instant should represent the same moment in time"
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);
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}
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```
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我们可以将传统的 `Date` 转换为 `Instant`，并通过从相同的毫秒纪元创建两者来确保它们代表相同的时间点。
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### 5.2、迁移 Calendar 到 ZonedDateTime
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在使用 `Calendar` 时，我们可以迁移到更现代的 `ZonedDateTime`，它可以同时处理日期和时间以及时区信息：
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```java
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@Test
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void givenCalendar_whenConvertingToZonedDateTime_thenCorrect() {
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Calendar calendar = Calendar.getInstance();
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calendar.set(2024, Calendar.SEPTEMBER, 18, 10, 30);
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ZonedDateTime zonedDateTime = ZonedDateTime.ofInstant(
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calendar.toInstant(),
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calendar.getTimeZone().toZoneId()
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);
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assertEquals(LocalDate.of(2024, 9, 18), zonedDateTime.toLocalDate());
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assertEquals(LocalTime.of(10, 30), zonedDateTime.toLocalTime());
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}
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```
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如上，我们将 `Calendar` 实例转换为 `ZonedDateTime`，并验证它们是否代表相同的日期时间。
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## 6、最佳实践
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有一些使用 `java.time` 类的最佳实践，你可以参考：
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1. 任何新项目都应使用 `java.time` 类。
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2. 当不需要时区时，可以使用 `LocalDate`、`LocalTime` 或 `LocalDateTime`。
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3. 处理时区或时间戳时，请使用 `ZonedDateTime` 或 `Instant` 代替。
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4. 使用 `DateTimeFormatter` 来解析和格式化日期。
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5. 为避免混淆，应始终明确指定时区。
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这些最佳实践为在 Java 中处理日期和时间奠定了坚实的基础，确保我们可以在应用程序中高效、准确地处理它们。
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## 7、总结
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Java 8 中引入的 `java.time` 包极大地改进了我们处理日期和时间的方式。此外，采用该 API 还能确保代码更简洁、更易于维护。
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对于旧项目中遗留的 `Date` 或 `Calendar`，我们也可以轻松地迁移到新的 `java.time` API。 |