Java 时间持续时间：入门指南

作者：社区 / 开发者
2024年7月19日

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在处理实时更新、调度或对时间敏感的计算的应用程序时，有效地管理时间以避免不一致和意外结果非常重要。有效的资源分配、及时的任务执行和资源的优化使用可以提高性能并降低系统开销。所有这些都有助于提升用户体验。

对时间管理概念的基本了解是更复杂应用（如金融计算）的先决条件，在这些应用中，精确性和精度是必需的。在这些情况下，Java 的 Duration 类的细微之处显得尤为重要，因为它提供了在时间依赖操作中进行导航和实施紧密约束的手段。

在这篇文章中，我们深入探讨了 Java Duration 类——Java 时间 API 的一部分——揭示它如何支持精确和灵活的时间段表示。

快速准备

以下是开始使用 Java 的 Duration 类的先决条件

  • Java 基础：你应该知道如何编写简单的 Java 程序。你还需要 Java 8 或更高版本来使用 Duration。
  • Java IDE：你需要一个 Java IDE，例如 IntelliJ，来运行代码。你也可以使用 Java CLI 运行代码。

Java Duration 类

为了表示基于时间的量，特别是两个时刻之间以秒或纳秒为单位的时长，Java 中有一个 Duration 类。它是 Java 8 中现代日期和时间 API 的一部分，可以从 java.time 包中导入后使用。

下面的示例片段展示了如何使用工厂方法如 ofDays、ofHours 和 ofMinutes 创建具有各种时间单位的 Duration 实例。

import java.time.Duration;

public class DurationExample {
   public static void main(String[] args) {
      // Creating a Duration instance
      Duration duration = Duration.ofMinutes(30);
   }
}

上面的输出使用了 ISO-8601 持续时间格式，其中“PT”代表“时间段”。在这个前缀中，

  • P 代表持续时间的开始，
  • T 如果存在日期和时间的分离，则表示日期与时间的分隔；否则，表示时间的开始。

这个类专门设计用来封装高精度的时间间隔，允许我们以标准化的方式处理细粒度的时间测量。这对于金融系统、科学模拟和实时数据处理应用程序至关重要。

在处理小时间间隔时，传统的算术运算可能会引入舍入误差。通过以整数秒和纳秒显示持续时间，Duration 类解决了这些精度问题，确保了准确和可靠的时间相关计算。

如上所示，知道秒和纳秒的持续时间对于执行与时间相关的精确计算至关重要。

算术运算

Duration 类也通过支持基本的算术运算，如加法和减法，提供了在处理时间相关计算时的灵活性。

加法和减法

下面的代码片段展示了如何使用 Duration 执行加法和减法。

// Creating instances of Duration
Duration duration1 = Duration.ofHours(2);
Duration duration2 = Duration.ofMinutes(30);

// Adding durations
Duration sum = duration1.plus(duration2);

// Subtracting durations
Duration difference = duration1.minus(duration2);

// Output results
System.out.println("Sum: " + sum);
System.out.println("Difference: " + difference);

/**
 * Output:
 * Sum: PT2H30M
 * Difference: PT1H30M
 **/

乘法和除法

同样，我们可以使用multipliedBy和dividedBy函数进行乘法和除法，如下所示。

// Creating a Duration instance
Duration baseDuration = Duration.ofMinutes(15);

// Multiplying and dividing durations
Duration multipliedDuration = baseDuration.multipliedBy(3);
Duration dividedDuration = baseDuration.dividedBy(2);

// Displaying the results
System.out.println("Multiplied Duration: " + multipliedDuration);
System.out.println("Divided Duration: " + dividedDuration);

/**
 * Output:
 * Multiplied Duration: PT45M
 * Divided Duration: PT7M30S
 **/

零和负持续时间

Duration类的实例可以表示正负持续时间，这使得它更加灵活。由于这种多功能性，可以处理两个方向的时间跨度，因此测量过去或未来的间隔变得容易。

isZero和isNegative方法允许我们检查Duration实例的状态，如下所示。

// Creating Duration instances
Duration zeroDuration = Duration.ZERO;
Duration negativeDuration = Duration.ofMinutes(-15);

// Checking if durations are zero or negative
System.out.println("Is Zero Duration: " + zeroDuration.isZero());
System.out.println("Is Negative Duration: " + negativeDuration.isNegative());

/**
 * Output:
 * Is Zero Duration: true
 * Is Negative Duration: true
 **/

Duration类本质上是不可变的

这种对不可变性的强调并非偶然；它直接支持时间相关操作的完整性，尤其是在执行复杂的算法计算时。

一旦创建，Duration类的实例就无法更改其值。在并发编程环境中，这种不可变性至关重要。它保证了线程安全和可预测性。这使我们能够有信心地使用Duration实例，知道不会发生意外的更改，这导致代码更加健壮和可靠。

从持续时间实例访问信息

了解如何从Duration实例获取更多信息，而不仅仅是算术运算和时间间隔管理，这对于在应用程序中有效地使用时间数据非常重要。这种能力增加了时间相关编程任务中的准确性和清晰性；例如，计算精确的持续时间或根据不断变化的情况调整时间表。

为了提高程序中时间相关数据的可用性和清晰性，访问Duration实例的不同部分是至关重要的。

以下示例演示了如何从Duration实例中提取所需信息。

// Creating a Duration instance
Duration duration = Duration.ofHours(5).plusMinutes(30);

// Accessing and printing duration information
System.out.println("Total seconds: " + duration.getSeconds());
System.out.println("Total minutes: " + duration.toMinutes());
System.out.println("Hours part: " + duration.toHoursPart());
System.out.println("Minutes part: " + duration.toMinutesPart());

/**
 * Output: 
 * Total seconds: 19800
 * Total minutes: 330
 * Hours part: 5
 * Minutes part: 30
 **/

使用解析方法

我们可以解析字符串表示形式并使用解析方法来创建Duration实例。当持续时间作为用户输入或从外部源读取时，这特别有用。

// 解析字符串以创建Duration实例

String durationString = "PT2H30M"; // 2小时30分钟

Duration parsedDuration = Duration.parse(durationString);

如您在上面的示例中所见，字符串PT2H30M表示2小时30分钟的持续时间，而parse方法将其转换为Duration实例。

Java Time Duration的进阶操作

除了一般的算术运算之外，Duration类还包含许多其他功能，可以帮助您进行时间计算。让我们通过一些实际的代码示例来了解一下。

想象您正在开发一个调度软件，其中任务根据其运行时间进行调整。如果任务运行时间超过了预期，那么可能您想将下一个任务的开始时间推迟。

import java.time.Duration;
import java.time.LocalDateTime;

public class DurationAdjustmentExample {
    public static void main(String[] args) {
        // Initial start time of the next task
        LocalDateTime nextTaskStartTime = LocalDateTime.now().plusHours(1);

        // Expected duration of the current task
        Duration expectedDuration = Duration.ofMinutes(30);
        // Actual duration of the current task
        Duration actualDuration = Duration.ofMinutes(45);

        // Adjust next task start time if current task overruns
        if (actualDuration.compareTo(expectedDuration) > 0) {
            Duration overrun = actualDuration.minus(expectedDuration);
            nextTaskStartTime = nextTaskStartTime.plus(overrun);
            System.out.println("Adjusted next task start time: " + nextTaskStartTime);
        } else {
            System.out.println("No adjustment needed. Next task start time: " + nextTaskStartTime);
        }
    }
}

上面的代码片段展示了如何使用Duration进行调整。代码比较了预期和实际持续时间。当实际时间超过我们预期的值时，我们计算额外的量并相应地调整开始时间，以确保始终按时完成。

Java Time Duration的应用范围和用法

在Java中，有许多不同的方式可以使用Duration类。以下，我们将介绍其中一些最实用的应用。

  • 金融服务：在高速交易系统中，时间至关重要，因此每一毫秒都很重要。
  • 软件开发：会话超时实现或日志中的时间差异等只是几个例子。
  • 电子商务：为拍卖和销售添加倒计时增加了额外的参与感和紧迫感。
  • 游戏：游戏循环和冷却计时器为视频游戏会话增添了额外的策略层次。

限制和异常

Java Time Duration类非常适合处理时间，但它有一些已知的限制和异常，您必须了解。

一个重要的限制是，它只能表示最多约292年的时间段。这个限制是由于存储秒和纳秒的底层数据类型所导致的。超过这个限制可能会导致溢出问题，因此在处理非常长的时间间隔时必须谨慎。

处理负持续时间时，还有一个需要考虑的因素是行为。尽管《Duration》类可以处理负持续时间，但某些操作，例如将负持续时间转换为天数，可能会导致不可预测的结果。

此外，当使用解析方法将字符串解析为《Duration》实例时，遵守ISO-8601持续时间格式（例如，PT1H30M表示1小时30分钟）非常重要。对这种格式的任何更改都可能导致解析异常。

结论

掌握Java《时间持续时间》使开发者能够以高效、灵活和精确的方式管理时间。这里的目的是不仅要让你对《Java.time.Duration》有一个很好的初步了解，还要让你对在代码库中使用它感到兴奋。时间会变化，编写出色软件的挑战也会随之变化；我们需要编写能够应对这些挑战的代码。

在时间操作和数据安全方面，粗心大意是行不通的。在这份指南中，我们介绍了如何正确使用《Duration》以确保您的应用程序始终发挥最佳性能。

本文由高级且热情的安全工程师Keshav Malik撰写。Keshav对自动化、黑客攻击以及探索不同的工具和技术充满热情。他热爱寻找创新解决方案以解决复杂问题，不断寻求新的机会以作为专业人士成长和改进。他致力于保持领先，并总是寻找最新、最好的工具和技术。