Python datetime 处理时区信息 | 隔叶黄莺 Yanbin Blog

2020-07-07 | 阅读(2,094)

在 Python 常用日期处理 -- 内置模块 datetime 探讨了 Python 如何使用 datetime, 如果是一个跨时区的应用(Web 应用都是)，就不能只存储一个时间而不带时区，如此，全球用户将会看到一个相同的时间字符串，白天黑夜就错乱了。比说用户信息的更新时间存储为 2020-07-07 13:46:08, 上海的用户和芝加哥的用户看到的是同一个时间字符串，实质上却相差好多个小时。

我们可以这么做，在服务端只存储一个 Timestamp 长整型值或 UTC 时间，Timestamp 是无关乎时区的，它总是相对于一个 UTC 时间的偏移值; 然后由客户端根据本地时区来显示当地时间。不过在服务端存储为 Timestamp 或 UTC 可读性就不强了，打开文件看到 Timestamp 整形值，大脑是无法直接转换为日期，UTC 时间略好一些。

另一种做法可在服务端存储为开发者便于理解的带时区的时间，如 2020-07-07T13:46:08.342+08:00, 客户获得该时间，因为带有时区信息也就能转换为客户端本地时间。

客户端请求时还可以把本地的时区信息传送给服务端，由服务端转换为相应的本地时间发送给客户端，但 HTTP 头信息默认不带时区信息，客户端必须主动发送它。

本人倾向于在服务端存为带时区的时间，2020-07-07T13:46:08.342+08:00 是一个标准的存储格式(ISO_OFFSET_DATE_TIME)，客户端收到它再转换本地时间，JavaScript 一个很好的组件 moment 处理时间。

探索 Python 对时区的处理

Python 内置组件不能像 Java 的 ZoneId.of("Asia/Shanghai") 直接以时区名获得 Zone，而需要知道与标准时区的偏移，如上海是东八区，在 Python 中要用 timezone(timedelta(hours=+8)).

那么来看 Python 中输出带时区信息，以下是一些应用 Pytho 时区 timezone 的例子

from datetime import datetime, timezone, timedelta

tz = timezone(timedelta(hours=+8))

fmt = '%Y-%m-%dT%H:%M:%S.%f%z'
zoned_time1 = datetime.today().astimezone(tz)
print(1, zoned_time1.strftime(fmt))    # 2020-07-08T04:30:26.221450+0800

zoned_time2 = datetime.now(tz)
print(2, zoned_time2.strftime(fmt))    # 2020-07-08T04:30:26.221543+0800

zoned_time3 = datetime.utcnow()
print(3, zoned_time3.isoformat())     # 2020-07-07T20:30:26.221848

print(4, zoned_time2.strftime('%Y-%m-%dT%H:%M:%S.%f%Z')) # 2020-07-08T04:30:26.221543UTC+08:00

timestamp = datetime.today().timestamp()
print(5, timestamp)                  # 1594153826.221895
print(6, datetime.fromtimestamp(timestamp, tz=tz)) # 2020-07-08 04:30:26.221895+08:00

zoned_time4 = datetime(2020, 7, 8, 4, 23, 53, 112, tzinfo=tz)
print(7, zoned_time4.isoformat())   # 2020-07-08T04:23:53.000112+08:00

print(8, zoned_time2.isoformat())   # 2020-07-08T04:30:26.221543+08:00

from datetime import datetime, timezone, timedelta

tz = timezone(timedelta(hours=+8))

fmt = '%Y-%m-%dT%H:%M:%S.%f%z'

zoned_time1 = datetime.today().astimezone(tz)

print(1, zoned_time1.strftime(fmt)) # 2020-07-08T04:30:26.221450+0800

zoned_time2 = datetime.now(tz)

print(2, zoned_time2.strftime(fmt)) # 2020-07-08T04:30:26.221543+0800

zoned_time3 = datetime.utcnow()

print(3, zoned_time3.isoformat()) # 2020-07-07T20:30:26.221848

print(4, zoned_time2.strftime('%Y-%m-%dT%H:%M:%S.%f%Z')) # 2020-07-08T04:30:26.221543UTC+08:00

timestamp = datetime.today().timestamp()

print(5, timestamp) # 1594153826.221895

print(6, datetime.fromtimestamp(timestamp, tz=tz)) # 2020-07-08 04:30:26.221895+08:00

zoned_time4 = datetime(2020, 7, 8, 4, 23, 53, 112, tzinfo=tz)

print(7, zoned_time4.isoformat()) # 2020-07-08T04:23:53.000112+08:00

print(8, zoned_time2.isoformat()) # 2020-07-08T04:30:26.221543+08:00

输出为, 已加到上面源代码中

1 2020-07-08T04:30:26.221450+0800
2 2020-07-08T04:30:26.221543+0800
3 2020-07-07T20:30:26.221848
4 2020-07-08T04:30:26.221543UTC+08:00
5 1594153826.221895
6 2020-07-08 04:30:26.221895+08:00
7 2020-07-08T04:23:53.000112+08:00
8 2020-07-08T04:30:26.221543+08:00

时间字符串中要带有时区信息，首先时间要转换为带时区的，如用

datetime.astimezone(tz)                   # 已有时间转换为带时区的
datetime.fromtimestamp(timestamp, tz=tz)  # 从 timestamp 构建 datetime 时加上时区

1 2	datetime.astimezone(tz) # 已有时间转换为带时区的 datetime.fromtimestamp(timestamp, tz=tz) # 从 timestamp 构建 datetime 时加上时区

找到 Python 输出标准格式的方法

从上面的输出结果看第 8 行 2020-07-08T04:30:26.221543+08:00 接近于 Java 的 ISO_OFFSET_DATE_TIME 格式，只是毫秒段 Python 用了 6 位数字，参考 strftime-strptime-behavior 的 Python datetime 格式字符串定义找不到如何把毫秒段收缩为 3 位。

不过注意到 datetime.isoformat() 方法还有一个 timespec 可用，执行下面的代码

from datetime import datetime, timezone, timedelta

tz = timezone(timedelta(hours=+8))
now = datetime.now(tz)
print(now.isoformat(timespec='milliseconds'))

from datetime import datetime, timezone, timedelta

tz = timezone(timedelta(hours=+8))

now = datetime.now(tz)

print(now.isoformat(timespec='milliseconds'))

输出为

2020-07-08T04:41:10.793+08:00

这正式我们想要的。还不仅仅是，继续往下读，我们还需要让 Python 支持夏令时，否则对于芝加哥时间夏天和冬天看到的都是 -5, 那是不对的。

pytz 组件构建时区

Python 也有一个通过时区名称获得 timezone 的组件，那就是 pytz - Python TimeZone

$ pip install pytz

测试 pytz

from datetime import datetime
from pytz import timezone

tz_shanghai = timezone('Asia/Shanghai')
tz_chicago = timezone('America/Chicago')

print(datetime.now(tz=tz_shanghai).isoformat(timespec='milliseconds'))
print(datetime.now(tz=tz_chicago).isoformat(timespec='milliseconds'))

from datetime import datetime

from pytz import timezone

tz_shanghai = timezone('Asia/Shanghai')

tz_chicago = timezone('America/Chicago')

print(datetime.now(tz=tz_shanghai).isoformat(timespec='milliseconds'))

print(datetime.now(tz=tz_chicago).isoformat(timespec='milliseconds'))

输出为

2020-07-08T04:55:29.699+08:00
2020-07-07T15:55:29.699-05:00

或者把已有 datetime 转换为带时区的

atime.astimezone(tz_chicago)
datetime.fromtimestamp(1602777199, tz=tz_chicago)

1 2	atime.astimezone(tz_chicago) datetime.fromtimestamp(1602777199, tz=tz_chicago)

关于夏令时与冬令时

国内实行夏令时制还是很多年前的事了，80 后初期生人或许还有些印象，就是下午放了学走到街上就能看到《新闻联播》。为了达成一切形式的统一，我们不再实行夏令时制了，避免了造成可能的分裂。但其他国家仍然有下令时，这会造成同一个地方在一年中产生两个时区。

例如芝加哥，在夏季时 timezone 是 -05:00, 冬季时是 -06:00.

现在就来看一下 Python 是否能正确的处理夏令时(Date Saving Time)与冬令时(Night Saving Time)。回看上面代码是在 7 月份执行的结果，此时如果把本地时间改为 12 月份，再看输出

2020-12-08T06:10:27.862+08:00
2020-12-07T16:10:27.862-06:00

上海的时区仍然为 +08:00, 而芝加哥的时区变成了 -06:00

Python 本身不支持对时令的支持，Python 只知道与 UTC 标准时区的偏移，timezone(timedelta(hours=-5)，夏天冬天它的偏移都是 -5，实现夏令冬令时是由 pytz 达成的，同样的 tz = timezone('America/Chiago')

夏天的结果是 Python 的 timezone(timedelta(hours=-5))
冬天的结果是 Python 的 timezone(timedelta(hours=-6))

对比 Java 对时区的处理

不妨看下隔壁 Java 是如何对时区处理的，分别测试了新旧时间 API

Date today = new Date();
System.out.println(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd'T'HH:mm:ss.SSSXXX").format(today));

ZonedDateTime now = ZonedDateTime.now(ZoneId.of("Asia/Shanghai"));
System.out.println(now.format(DateTimeFormatter.ISO_OFFSET_DATE_TIME));

Date today = new Date();

System.out.println(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd'T'HH:mm:ss.SSSXXX").format(today));

ZonedDateTime now = ZonedDateTime.now(ZoneId.of("Asia/Shanghai"));

System.out.println(now.format(DateTimeFormatter.ISO_OFFSET_DATE_TIME));

2020-07-07T14:53:55.017-05:00
2020-07-08T03:53:55.031+08:00

小结一下

时间用 Timestamp(长整形值) 或统一的 UTC 时间存储和传输，在显示时转换为本地时间，但存储介质上可读性差
用 timezone(timedelta(hours=-5)) 应用时区来存储，可读性增强，但会有夏/冬令时间误差问题
用 pytz 的 timezone('America/Chicago') 由时区名来构造 timezone 很好的解决了时区和夏/冬令时的问题

更新(2021-09-02), Python 3.9 加入了新模块 zoneinfo, 可处理时区的信息，看下面例子，可以不依赖于 pytz 模块了。

>>> from zoneinfo import ZoneInfo
>>> from datetime import datetime, timedelta

>>> # Daylight saving time
>>> dt = datetime(2020, 10, 31, 12, tzinfo=ZoneInfo("America/Los_Angeles"))
>>> print(dt)
2020-10-31 12:00:00-07:00
>>> dt.tzname()
'PDT'

>>> # Standard time
>>> dt += timedelta(days=7)
>>> print(dt)
2020-11-07 12:00:00-08:00
>>> print(dt.tzname())
PST

>>> from zoneinfo import ZoneInfo

>>> from datetime import datetime, timedelta

>>> # Daylight saving time

>>> dt = datetime(2020, 10, 31, 12, tzinfo=ZoneInfo("America/Los_Angeles"))

>>> print(dt)

2020-10-31 12:00:00-07:00

>>> dt.tzname()

'PDT'

>>> # Standard time

>>> dt += timedelta(days=7)

>>> print(dt)

2020-11-07 12:00:00-08:00

>>> print(dt.tzname())

PST

本文链接 https://yanbin.blog/python-datetime-timezone/, 来自隔叶黄莺 Yanbin Blog

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