問題背景

使用 Python 進行了許久的開發(fā)，一直沒有踩到時區(qū)的坑，最近新的業(yè)務中引入了比較多的服務，而且使用 grpc 進行數(shù)據(jù)通訊，不幸踩到了時區(qū)的坑，果然偷的懶最終還是會有報應的，于是梳理下對應的時區(qū)問題，同時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中之前的數(shù)據(jù)庫 Mongo 中的時區(qū)問題，一起整理如下。

基礎概念

幾個時間概念

首先是幾個常見的時間概念

• GMT 時間：格林威治時間，基準時間
• UTC 時間：Coordinated Universal Time，全球協(xié)調時間，更精準的基準時間，與 GMT 基本等同
• CST 中國基準時間：為 UTC 時間 + 8 小時，即 UTC 時間的 0 點對應于中國基準時間的 8 點，即為一般稱為東八區(qū)的時間
  

ISO 8601

一種標準化的時間表示方法，表示格式為 ：YYYY-MM-DDThh:mm:ss ± timezone，可以表示不同時區(qū)的時間，時區(qū)部分用Z 表示為 UTC 標準時區(qū)。兩個例子：

• 1997-07-16T08:20:30Z 表示的是 UTC 時間的 1997 年 7 月 16 號 8:20:30
• 1997-07-16T19:20:30+08:00 表示的是東八區(qū)時間的 1997 年 7 月 16 號 19:20:30
  

時間戳

1970年1月1日 00:00:00 UTC+00:00時區(qū)的時刻稱為epoch time，記為0，當前的時間戳即為從 epoch time 到現(xiàn)在的秒數(shù)，一般叫做 timestamp，因此一個時間戳一定對應于一個特定的 UTC 時間，同時也對應于其他時區(qū)的一個確定的時間。因此時間戳可以認為是一個相對安全的時間表示方法。

datetime 實踐

datetime 是 python 中最基礎的一個時間管理包，下面分別利用 datetime 去實踐下對應的時區(qū)概念

datetime 類型

datetime 分成兩種類型：

• naive，本地類型的時間，當 datetime 中沒有指定時區(qū)信息時就是這種類型，此類型的時區(qū)是根據(jù)運行環(huán)境確定對應的時區(qū)。因此這種類型的時間會因為運行環(huán)境的不同而得到不同時間戳
• aware，帶有時區(qū)類型的時間，這種類型的時間對象由于時間和時區(qū)都是確定的，因此對應于確定的時間戳

舉例如下:

from datetime import datetime, timezone

now = datetime.now()
now.tzinfo   # None 
utc_now = datetime.now(timezone.utc)
utc_now.tzinfo # UTC

可以看到上面的例子中，now 沒有指定時區(qū)，為 naive 類型的時間，其時區(qū)與運行環(huán)境相關。而 utc_now 指定了 UTC 時區(qū)，為 aware 類型的時間。

獲取當前時間

• datetime.now() 可用于獲取當前時間，支持設置對應的時區(qū)，如果不設置時區(qū)默認獲取的是本地的時間，根據(jù)是否指定時區(qū)可能穿件出 naive 類型的時間或者 aware 類型的時間，但是對應的時間戳都是符合預期的。
• datetime.utcnow() 謹慎使用 獲取是當前 UTC 對應的時間，但是生成的 datetime 對象是沒有指定時區(qū)的，因此使用的是本地時區(qū)，創(chuàng)建的是 naive 類型的時間。因此如果運行環(huán)境為東八區(qū)，得到的時間是 UTC 對應的時間，但是時區(qū)是東八區(qū)，最終得到的時間會比預期早 8 個小時，轉化得到時間戳也是不符合預期的。
  

舉例如下：

from datetime import datetime
now = datetime.now()
now.timestamp() # 1610035129.323702 unow = datetime.utcnow()
unow.timestamp() # 1610006329.323797

最終在 2021-01-07 23:58:49 在東八區(qū)環(huán)境下運行上面的代碼，now.timestamp() 得到時間戳轉化為對應的時間為東八區(qū)的 2021-01-07 23:58:49，但是 unow.timestamp() 得到的時間戳對應的時間為東八區(qū)的 2021-01-07 15:58:49，對應于 UTC 時間 2021-01-07 07:58:49，和 UTC 的當前時間完全對不上。

時間戳操作

• datetime.timestamp() 生成當前時間對應的時間戳
• datetime.fromtimestamp() 根據(jù)時間戳生成運行環(huán)境時區(qū)對應的時間
• datetime.utcfromtimestamp() 謹慎使用 根據(jù)時間戳生成對應的 UTC 時間，由于生成的 datetime 是沒有指定時區(qū)的，因此獲取時間戳看起來得到的是 8 個小時之前時間的時間戳
  

對于上面的例子，我們使用前面得到的當前時間戳 1610035129 進行測試如下：

from datetime import datetime

timestamp = 1610035129
d1 = datetime.fromtimestamp(timestamp) # 2021-01-07 23:58:49 d2 = datetime.utcfromtimestamp(timestamp) # 2021-01-07 15:58:49

最終得到 d1 是本地時區(qū)正確的時間，但是 d2 是 UTC 的是啊金，但是沒有指定的時區(qū)，因此看起來就是就是本地 8 個小時前的時間了

時區(qū)設置

默認構建的 datetime 是沒有時區(qū)信息的，可以通過 datetime.replace() 為時間設置上時區(qū)，但是這樣必須保證對應的時間與時區(qū)信息匹配，否則就會導致錯誤的時區(qū)的時間，一個簡單例子就是：

from datetime import datetime, timedelta, timezone
tz_utc_8 = timezone(timedelta(hours=8)) # 創(chuàng)建時區(qū)UTC+8:00，即東八區(qū)對應的時區(qū) now = datetime.now() # 默認構建的時間無時區(qū) dt = now.replace(tzinfo=tz_utc_8) # 強制設置為UTC+8:00

設置上對應的時區(qū)后，對應的日期與時間是不變的，但是由于設置了全新的時區(qū)，如果與之前的時區(qū)不同，那么對應的時間戳就會改變，使用此方法時要謹慎

時區(qū)轉換

可以將一個帶有時區(qū)信息的時間轉換為另一個時區(qū)的時間，通過 datetime.astimezone() 可以實現(xiàn)，一個簡單的例子是：

from datetime import datetime, timedelta, timezone
utc_dt = datetime.utcnow().replace(tzinfo=timezone.utc) # 構建了 UTC 的當前時間 bj_dt = utc_dt.astimezone(timezone(timedelta(hours=8))) # 將時區(qū)轉化為東八區(qū)的時間

通過 astimezone() 進行轉換后，雖然時間變化了，但是對應的是同樣的基準時間，因此對應的時間戳是不變的，

Grpc 實踐

在 Grpc 的使用中，設計到時間戳對象 Timestamp 與時間的轉換，Timestamp 對象支持通過 python 中的時間戳構建，即當前時間的對應的時間戳秒數(shù)，也支持通過 datetime 構建。對應的接口如下：

• Timestamp.FromSeconds() 此方法是根據(jù)時間戳生成 Grpc 的時間戳對象，沒有特殊的地方
• Timestamp.FromDatetime() 謹慎使用 此方法根據(jù) datetime 時間生成時間戳對象，隱含期望 datetime 是 UTC 時間，如果錯誤傳入東八區(qū)時間，會導致得到一個 8 個小時后的絕對時間
  

我們在實踐中有混用這兩個方法，最終發(fā)現(xiàn)調用 FromDatetime() 時獲得的時間戳是完全不符合預期的。一個簡單例子如下：

from datetime import datetime
from google.protobuf.timestamp_pb2 import Timestamp

now = datetime.now()
now_timestamp = int(now.timestamp()) # 1610245593 t1 = Timestamp()
t1.FromSeconds(now_timestamp) # 1610245593 
t2 = Timestamp()
t2.FromDatetime(now) # 1610274393

可以看到通過 FromDatetime() 得到訂單時間戳與預期是不相符的，只有傳入的 datetime 是 UTC 的時間時兩者才是一致的

而轉換為 datetime 對象的接口為：

• Timestamp.ToSeconds() 此方法是根據(jù)時間戳對象得到對應的整數(shù)時間戳，沒有問題
• Timestamp.ToDatetime() 謹慎使用 此方法是根據(jù) grpc 的時間戳對象生成 datetime，隱含輸出的 datetime 是 UTC 時間 ，而生成的 datetime 是沒有時區(qū)信息的，默認會按照本地時區(qū)進行處理，不做處理的情況下得到的就是 8 個小時前，對應的時間戳也是錯誤的

與上面的問題類似，通過 ToDatetime() 得到的時間是 UTC 時間，但是由于得到的 datetime 沒有指定時區(qū)，只有在 UTC 的運行環(huán)境下得到的時間才是符合預期的。

Pymongo 實踐

之前的在使用 Pymongo 進行數(shù)據(jù)存儲時，直接使用的是 Pymongo 的默認設置，運行環(huán)境設置為東八區(qū)，在使用中直接將沒有指定時區(qū)的 datetime 存入數(shù)據(jù)庫中，之后再取出進行使用工作起來看起來一切正常。但是本次在梳理時區(qū)時查看數(shù)據(jù)庫中存儲的數(shù)據(jù)時，就發(fā)現(xiàn)了一個明顯的問題，數(shù)據(jù)庫中存儲的看起來日期與時間是對的，但是是 UTC 的時間，也就是說實際存儲的時間比預期晚 8 小時了，但是為什么又能正常工作呢？確認后結果如下：

• Pymongo 在沒有指定時區(qū)的情況下， 默認不認為此時間為本地時間，事實上認為此時間為 UTC 時間，最終會利用此時間計算得到對應的時間戳并進行存儲，所以最終存儲的時間戳會晚 8 小時；
• 而在默認設置下，從 Pymongo 中返回的時間也沒有時區(qū)，而時間依舊是 UTC 時間，因此會導致計算得到時間又早了 8 小時，因此時間看起來是正常的。

如何才能保證存入正確時間，返回的也是符合預期的呢？

• 存入的時間可以設置上對應的時區(qū)，即避免存入 naive 類型的時間，應該存入 aware 類型的時間，避免輸入是認為是 UTC 的時間
• 在 Pymongo 中設置輸出帶時區(qū)的時間，避免默認輸出時間的問題，Pymongo 可以通過 tz_aware 指定輸出帶時區(qū)的時間，通過 tzinfo 指定輸出時間的時區(qū)，這個設置在構建 Pymongo 時傳入即可。對應如下：

from datetime import timedelta, timezone
 
db = MongoClient(settings.MONGODB_DSN, tz_aware=True, tzifo=timezone(timedelta(hours=8))).get_default_database()

總結

根據(jù)上面的的實踐，分別對三個部分進行使用如下：

1. datetime 的使用中，如果運行環(huán)境設置為非 UTC 時區(qū)，建議禁用 utc 相關的方法，比如 utcnow ，utcfromtimestamp() ，同時盡量避免使用 naive 使用，保證時間與運行環(huán)境解耦；
2. grpc 的使用中盡量避免調用 FromDatetime() 和 ToDatetime() 這種包含隱含信息的方法，盡量通過時間戳與 grpc 的 TimeStamp 對象進行交互；
3. Pymongo 中盡量傳入的帶有時區(qū)的時間，輸出也配置上時區(qū)輸出，避免隱含的問題；

一條總原則就是：與第三方的服務交互或存儲時，盡量只使用時間戳這種絕對機制，這樣才能從根本上杜絕問題。

以上就是python中的時區(qū)問題的詳細內容，更多關于python 時區(qū)的資料請關注腳本之家其它相關文章！

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