【Joda-Time 與 JSR310 】（2）時間的 ABC


在正式認識 Joda-Time 與 JSR310 之前，得先來瞭解一些時間、日期的時空歷史等議題，如此你才會知道，時間日期確實是個很複雜的議題，而使用程式來處理時間日期，也不單只是使用 API 的問題 …

度量時間

想度量時間，得先有個時間基準，大多數人知道格林威治（Greenwich）時間，那麼就先從這個時間基準開始認識 …

格林威治標準時間

格林威治標準時間（Greenwich Mean Time），經常簡稱 GMT 時間，一開始是參考自格林威治皇家天文台的標準太陽時間，格林威治標準時間的正午是太陽抵達天空最高點之時，由於後面既將述及的一些源由，GMT 時間常不嚴謹（且有爭議性）地當成是 UTC 時間。

GMT 透過觀察太陽而得，然而地球公轉軌道為橢圓形且速度不一，本身自轉亦緩慢減速中，因而會越來越大的時間誤差，現在 GMT 已不作為標準時間使用。

世界時

世界時（Universal Time, UT）是藉由觀測遠方星體跨過子午線（meridian）而得，這會比觀察太陽來得準確一些，西元 1935 年，International Astronomical Union 建議使用更精確的 UT 來取代 GMT，而在 1972 年導入 UTC 之前，GMT 與 UT 是相同的。

國際原子時

雖然觀察遠方星體會比觀察太陽來得精確，不過 UT 基本上仍受地球自轉速度影響而會有誤差。1967 年定義的國際原子時（International Atomic Time, TAI），將秒的國際單位（International System of Units, SI）定義為銫（caesium）原子輻射振動 9192631770 周耗費的時間，時間從 UT 的 1958 年開始同步。

世界協調時間

由於基於銫原子振動定義的秒長是固定的，然而地球自轉會越來越慢，這會使得實際上 TAI 時間，會不斷超前基於地球自轉的 UT 系列時間，為了保持 TAI 與 UT 時間不要差距過大，因而提出了具有折衷修正版本的世界協調時間（Coordinated Universal Time），常簡稱為 UTC。

UTC 經過了幾次的時間修正，為了簡化日後對時間的修正，1972 年 UTC 採用了閏秒（leap second）修正（1 January 1972 00:00:00 UTC 實際上為 1 January 1972 00:00:10 TAI），確保 UTC 與 UT 相差不會超過 0.9 秒，加入閏秒的時間通常會在 6 月底或 12 月底，由巴黎的 International Earth Rotation and Reference Systems Service 負責決定何時加入閏秒。

撰寫本文的這個時間點，最近一次的閏秒修正為 2012 年 6 月 30 日，當時 TAI 實際上已超前 UTC 有 35 秒之長。

Unix 時間

Unix 系統的時間表示法，定義為 UTC 時間 1970 年（Unix 元年）1 月 1 日 00:00:00 為起點而經過的秒數，不考慮閏秒修正，用以表達時間軸上某一瞬間（instant）。

epoch 日

某個特定時代的開始，時間軸上某一瞬間。例如 Unix epoch 選為 UTC 時間 1970 年 1 月 1 日 00:00:00，不少發源於 Unix 的系統、平台、軟體等，也都選擇這個時間作為時間表示法的起算點，例如 Java 的 java.util.Date 封裝的時間資訊，就是 January 1, 1970, 00:00:00 GMT（實際上是 UTC）經過的毫秒數。

以上關於時間日期只是挑些重要的部份來說明，有機會（又有時間）的話，你應該在維基百科上詳細認識，就以這些說明來說有幾個重點：

  • 就目前來說，即使標註為 GMT（無論是文件說明，或者是 API 的日期時間字串描述），實際上談到時間指的是 UTC 時間。
  • 秒的單位定義是基於 TAI，也就是銫原子輻射振動次數。
  • UTC 考量了地球自轉越來越慢而有閏秒修正，確保 UTC 與 UT 相差不會超過 0.9 秒。最近一次的閏秒修正為 2012 年 6 月 30 日，當時 TAI 實際上已超前 UTC 有 35 秒之長。
  • Unix 時間是 1970 年 1 月 1 日 00:00:00 為起點而經過的秒數，不考慮閏秒，不少發源於 Unix 的系統、平台、軟體等，也都選擇這個時間作為時間表示法的起算點。

年曆

度量時間是一回事，表達日期又是另一回事，前面談到時間起點，都是使用公曆，中文世界又常稱為陽曆或西曆，在談到公曆之前，得稍微往前談一下其他曆法…

儒略曆

儒略曆（Julian calendar）是現今西曆的前身，用來取代羅馬曆（Roman calendar），於西元前 46 年被 Julius Caesar 採納，西元前 45 年實現，約於西元 4 年至 1582 年之間廣為各地採用。儒略曆修正了羅馬曆隔三年設置一閏年的錯誤，改採四年一閏。

格里高利曆

格里高利曆（Gregorian calendar）改革了儒略曆，由教宗 Pope Gregory XIII 於 1582 年頒行，將儒略曆 1582 年 10 月 4 日星期四的隔天，訂為格里高利曆 1582 年 10 月 15 日星期五。

不過各個國家改曆的時間並不相同，像英國、大英帝國（包含現今美國東部）改曆的時間是在 1752 年 9 月初，因此在 Unix/Linux 中查詢 1752 年月曆，會發現 9 月平白少了 11 天。

【Joda-Time 與 JSR310 】（2）時間的 ABC

Java 中 Calendar 的預設實作類別 GregorianCalendar，雖然開頭有 Gregorian 的名稱，然而實際上是儒略曆與格里高利曆的混合，同時支援了儒略曆與格里高利曆，預設的改曆時間為格里高利曆 1582 年 10 月 15 日星期五，因此如果你實行以下的運算：

Calendar calendar = Calendar.getInstance();
calendar.set(1582, Calendar.OCTOBER, 15);
out.println(calendar.getTime()); // 顯示格里高利曆 1582 年 10 月 15 日
calendar.add(Calendar.DAY_OF_MONTH, -1); // 往前一天
out.println(calendar.getTime()); // 顯示儒略曆 1582 年 10 月 4 日

使用 GregorianCalendar 對格里高利曆 1582 年 10 月 15 日作減去一天的運算，實際上會來到儒略曆 1582 年 10 月 4 日。改曆時間可以使用 GregorianCalendar 的 setGregorianChange 來修改，設為 Date(Long.MAX_VALUE) 就是純儒略曆，設為 Date(Long.MIN_VALUE)，就是純綷的格里高利曆。

ISO8601 標準

在一些相對來說較新的時間日期 API 應用場合中，你可能會看過 ISO8601，嚴格來說 ISO8601 並非年曆系統，而是時間日期表示方法的標準，用以統一時間日期的資料交換格式，像是 yyyy-mm-ddTHH:MM:SS.SSS、yyyy-dddTHH:MM:SS.SSS、yyyy-Www-dTHH:MM:SS.SSS 之類的標準格式。

ISO8601 在資料定義上大部份與格里高利曆相同，因而有些處理時間日期資料的程式或 API，為了符合時間日期資料交換格式的標準，會採用 ISO8601。不過還是有些輕微差別。像是在 ISO8601 的定義中，19 世紀是指 1900 至 1999 年（包含該年），而格里高利曆的 19 世紀是指 1801 年至 1900 年（包含該年）。

時區

在各種時間日期的議題中，時區（Time zones）也許是最複雜的，每個地區的標準時間各不相同，因為這牽涉到地理、法律、經濟、社會甚至政治等問題。

從地理上來說，由於地球是圓的，基本上一邊白天另一邊就是夜晚，為了讓人們對時間的認知符合作息，因而設置了 UTC 偏移（offset），大致上來說，經度每 15 度是偏移一小時，考量了 UTC 偏移的時間表示上，通常會標註 Z 符號。

不過有些國家的領土橫跨的經度很大，一個國家有多個時間反而造成困擾，因而不每 15 度是偏移一小時的作法，像美國僅有四個時區，而中國、印度只採單一時區。

除了時區考量之外，有些高緯度國家，夏季、冬季日照時間差異很大，為了節省能源會儘量利用夏季日照，因而實施日光節約時間（Daylight saving time），也稱為夏季時間（Summer time），基本上就是在實施的第一天，讓白天的時間增加一小時，而結束後再調整一小時回來。

台灣也曾實施過日光節約時間，後來因為沒太大實質作用而取消，舉例來說，如果你執行以下程式碼：

TimeZone taiwan = TimeZone.getTimeZone("Asia/Taipei");
Calendar calendar = Calendar.getInstance(taiwan);
calendar.set(1975, Calendar.MARCH, 31, 0, 0, 0);
out.println(calendar.getTime());
calendar.add(Calendar.DAY_OF_MONTH, 1);
out.println(calendar.getTime());

設置的時間為台灣曾實施日光節約的時間，從執行結果可以看到，1975 年 3 月 31 日 0 時加了一天，卻變成了 1975 年 4 月 1 日 1 時，這就是要大家少睡一小時，天亮了就早點起床幹活的意思 … XD

既然時區會牽涉到地理、法律、經濟、社會甚至政治等問題，這也就表示隨著時間的推進，不同時區的定義就得修正，像是某個國家後來決定取消日光節約時間之類的，像 JDK 的時區資訊，會隨著不同版本的 JDK 出貨而更新，你也可以透過 Timezone Updater Tool 來進行更新。

呼 … 好不容易講完這些基本的時間日期資訊了，如果你得認真面對時間日期處理，認識這些就是必要的，至少現在你應該知道，一年的毫秒數絕對不是單純的 (365 * 24 * 60 * 60 * 1000) …