Java 时间持续时间：操作指南
作者：社区 / 开发者
2024年7月19日
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当您在应用程序中处理实时更新、调度或时间敏感型计算时，有效地管理时间以避免不一致和意外结果非常重要。高效的资源分配、及时的任务执行和资源的优化使用可以带来更好的性能和减少系统开销。所有这些都改善了用户体验。
对时间管理概念的基本掌握是更复杂应用程序（如需要精确性和准确性的金融计算）的先决条件。正是在这些情况下，Java 的 Duration 类的细微之处显得尤为重要，因为它提供了导航和执行与时间相关的严格约束操作的方法。
在本文中，我们将深入探讨 Java Duration 类——Java Time API 的组成部分——揭示它如何支持对时间段的精确和弹性表示。
快速入门前提条件
以下是开始使用 Java Duration 类的前提条件
- Java 基础：您应该知道如何编写简单的 Java 程序。您还需要 Java 8 或更高版本才能使用 Duration。
- Java IDE： 您需要一个 Java IDE，例如 IntelliJ，来运行代码。您也可以使用 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间量，我们在 Java 中有一个 Duration 类。它是 Java 8 中现代日期和时间 API 的一部分，可以在从 java.time 包导入后使用。
下面的示例代码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);
}
}上述输出使用 ISO-8601 持续时间格式，其中 “PT” 代表 “Period of Time”（时间段）。在此前缀中，
- P 表示持续时间的开始，并且
- T 如果有日期，则将日期与时间分开；否则，它表示时间的开始。
此类专门设计用于封装高精度的时间间隔，使我们能够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。
当处理小时间间隔时，使用传统算术可能会引入舍入误差。Duration 类通过以整数秒和纳秒显示持续时间来解决这些精度问题，确保与时间相关的计算准确可靠。
正如我们在上面看到的，了解以秒和纳秒为单位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 类在处理与时间相关的计算时也提供了灵活性，它支持基本的算术运算，如加法和减法。
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
**/零持续时间和负持续时间
Duration 类的实例可以表示正持续时间和负持续时间，这使其更加灵活。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时间间隔变得容易。
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随意；它直接支持与时间相关的 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 类的实例就不能更改其值。在并发编程环境中，这种不可变性至关重要。它保证了线程安全性和可预测性。它使我们能够放心地使用 Duration 实例，因为知道不会发生意外更改，从而产生更健壮和可靠的代码。
从 Duration 实例访问信息
为了在应用程序中有效地使用时间数据，学习如何从 Duration 实例获取更多信息（除了算术运算和时间间隔管理之外）非常重要。这种能力增加了与时间相关的编程任务的准确性和清晰度；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。
为了提高程序中与时间相关的数据的可用性和清晰度，必须能够访问 Duration 实例的不同部分。
以下示例演示了如何从 Duration 实例中提取所需的信息。
// 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 Parse 方法
我们可以解析字符串表示形式并使用 parse 方法创建 Duration 的实例。当持续时间作为用户输入给出或从外部来源读取时，这尤其有用。
// 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);
正如您在上面的示例中看到的，字符串 PT2H30M 表示持续时间为 2 小时 30 分钟，parse 方法将其转换为 Duration 实例。
Java Time Duration 的高级操作
除了常规的算术运算外，Duration 类还包含许多其他功能，可以帮助您进行时间计算。让我们来看一些实际的代码示例。
想象一下，您正在开发一个调度软件，其中任务根据其运行时进行调整。如果任务花费的时间超过预期，那么您可能希望将下一个任务的开始时间向后推迟。
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。该代码比较了预期和实际持续时间。当实际时间超过我们的预期时，我们会计算超出多少，并相应地调整开始时间，以便始终按时完成任务。
Java Time Duration：适用性和用法
在 Java 中，Duration 类有很多不同的使用方法。下面，我们将介绍它的一些最实际的应用。
- 金融服务： 对于高频交易系统，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用于目的的时间差异只是一些例子。
- 电子商务： 在拍卖和销售中添加倒计时会增加额外的参与度和紧迫感。
- 游戏： 游戏循环和冷却计时器都为视频游戏会话增加了额外的策略级别。
局限性和异常
Java Time Duration 类非常适合处理时间，但它有一些已知的局限性和异常，您必须注意。
一个重要的局限性是它只能表示最长约 292 年的时间段。此限制是由于用于存储秒和纳秒的底层数据类型造成的。超过此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，另一个需要考虑的因素是行为。虽然 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）可能会导致不可预测的结果。
此外，当使用 parse 方法将字符串解析为 Duration 实例时，必须遵守 ISO-8601 持续时间格式（例如，PT1H30M 代表 1 小时 30 分钟）。对此格式的任何更改都可能导致解析异常。
结论
掌握 Java Time Duration 使开发人员能够以高效、灵活和精确的方式管理时间。这里的目标不仅仅是让您初步了解 Java.time.Duration，还要让您对在代码库中使用它感到兴奋。时代在变化，编写出色软件的挑战也在变化；我们需要编写能够应对这些挑战的代码。
在时间和数据安全方面，粗心大意是行不通的。在本指南中，我们介绍了如何正确使用 Duration，以便您的应用程序始终以最佳状态运行。
这篇文章由 Keshav Malik 撰写，他是一位技术精湛且充满热情的安全工程师。Keshav 热衷于自动化、黑客技术和探索不同的工具和技术。Keshav 热爱寻找解决复杂问题的创新方法，并不断寻求新的机会来成长和提升自己的专业能力。他致力于保持领先地位，并始终关注最新和最出色的工具和技术。
