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python中的時(shí)區(qū)問題

 更新時(shí)間:2021年01月14日 15:45:20   作者:易遲  
這篇文章主要介紹了python中的時(shí)區(qū)問題的相關(guān)資料,幫助大家更好的理解和使用python,感興趣的朋友可以了解下

問題背景

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

基礎(chǔ)概念

幾個(gè)時(shí)間概念

首先是幾個(gè)常見的時(shí)間概念

  • GMT 時(shí)間:格林威治時(shí)間,基準(zhǔn)時(shí)間
  • UTC 時(shí)間:Coordinated Universal Time,全球協(xié)調(diào)時(shí)間,更精準(zhǔn)的基準(zhǔn)時(shí)間,與 GMT 基本等同
  • CST 中國基準(zhǔn)時(shí)間:為 UTC 時(shí)間 + 8 小時(shí),即 UTC 時(shí)間的 0 點(diǎn)對應(yīng)于中國基準(zhǔn)時(shí)間的 8 點(diǎn),即為一般稱為東八區(qū)的時(shí)間

ISO 8601

一種標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)間表示方法,表示格式為 :YYYY-MM-DDThh:mm:ss ± timezone,可以表示不同時(shí)區(qū)的時(shí)間,時(shí)區(qū)部分用Z 表示為 UTC 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)區(qū)。兩個(gè)例子:

  • 1997-07-16T08:20:30Z 表示的是 UTC 時(shí)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(shí)間的 1997 年 7 月 16 號 19:20:30

時(shí)間戳

1970年1月1日 00:00:00 UTC+00:00時(shí)區(qū)的時(shí)刻稱為epoch time,記為0,當(dāng)前的時(shí)間戳即為從 epoch time 到現(xiàn)在的秒數(shù),一般叫做 timestamp,因此一個(gè)時(shí)間戳一定對應(yīng)于一個(gè)特定的 UTC 時(shí)間,同時(shí)也對應(yīng)于其他時(shí)區(qū)的一個(gè)確定的時(shí)間。因此時(shí)間戳可以認(rèn)為是一個(gè)相對安全的時(shí)間表示方法。

datetime 實(shí)踐

datetime 是 python 中最基礎(chǔ)的一個(gè)時(shí)間管理包,下面分別利用 datetime 去實(shí)踐下對應(yīng)的時(shí)區(qū)概念

datetime 類型

datetime 分成兩種類型:

  • naive,本地類型的時(shí)間,當(dāng) datetime 中沒有指定時(shí)區(qū)信息時(shí)就是這種類型,此類型的時(shí)區(qū)是根據(jù)運(yùn)行環(huán)境確定對應(yīng)的時(shí)區(qū)。因此這種類型的時(shí)間會(huì)因?yàn)檫\(yùn)行環(huán)境的不同而得到不同時(shí)間戳
  • aware,帶有時(shí)區(qū)類型的時(shí)間,這種類型的時(shí)間對象由于時(shí)間和時(shí)區(qū)都是確定的,因此對應(yīng)于確定的時(shí)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(shí)區(qū),為 naive 類型的時(shí)間,其時(shí)區(qū)與運(yùn)行環(huán)境相關(guān)。而 utc_now 指定了 UTC 時(shí)區(qū),為 aware 類型的時(shí)間。

獲取當(dāng)前時(shí)間

  • datetime.now() 可用于獲取當(dāng)前時(shí)間,支持設(shè)置對應(yīng)的時(shí)區(qū),如果不設(shè)置時(shí)區(qū)默認(rèn)獲取的是本地的時(shí)間,根據(jù)是否指定時(shí)區(qū)可能穿件出 naive 類型的時(shí)間或者 aware 類型的時(shí)間,但是對應(yīng)的時(shí)間戳都是符合預(yù)期的。
  • datetime.utcnow() 謹(jǐn)慎使用 獲取是當(dāng)前 UTC 對應(yīng)的時(shí)間,但是生成的 datetime 對象是沒有指定時(shí)區(qū)的,因此使用的是本地時(shí)區(qū),創(chuàng)建的是 naive 類型的時(shí)間。因此如果運(yùn)行環(huán)境為東八區(qū),得到的時(shí)間是 UTC 對應(yīng)的時(shí)間,但是時(shí)區(qū)是東八區(qū),最終得到的時(shí)間會(huì)比預(yù)期早 8 個(gè)小時(shí),轉(zhuǎn)化得到時(shí)間戳也是不符合預(yù)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(yùn)行上面的代碼,now.timestamp() 得到時(shí)間戳轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的時(shí)間為東八區(qū)的 2021-01-07 23:58:49,但是 unow.timestamp() 得到的時(shí)間戳對應(yīng)的時(shí)間為東八區(qū)的 2021-01-07 15:58:49,對應(yīng)于 UTC 時(shí)間 2021-01-07 07:58:49,和 UTC 的當(dāng)前時(shí)間完全對不上。

時(shí)間戳操作

  • datetime.timestamp() 生成當(dāng)前時(shí)間對應(yīng)的時(shí)間戳
  • datetime.fromtimestamp() 根據(jù)時(shí)間戳生成運(yùn)行環(huán)境時(shí)區(qū)對應(yīng)的時(shí)間
  • datetime.utcfromtimestamp() 謹(jǐn)慎使用 根據(jù)時(shí)間戳生成對應(yīng)的 UTC 時(shí)間,由于生成的 datetime 是沒有指定時(shí)區(qū)的,因此獲取時(shí)間戳看起來得到的是 8 個(gè)小時(shí)之前時(shí)間的時(shí)間戳

對于上面的例子,我們使用前面得到的當(dāng)前時(shí)間戳 1610035129 進(jìn)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(shí)區(qū)正確的時(shí)間,但是 d2 是 UTC 的是啊金,但是沒有指定的時(shí)區(qū),因此看起來就是就是本地 8 個(gè)小時(shí)前的時(shí)間了

時(shí)區(qū)設(shè)置

默認(rèn)構(gòu)建的 datetime 是沒有時(shí)區(qū)信息的,可以通過 datetime.replace() 為時(shí)間設(shè)置上時(shí)區(qū),但是這樣必須保證對應(yīng)的時(shí)間與時(shí)區(qū)信息匹配,否則就會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的時(shí)區(qū)的時(shí)間,一個(gè)簡單例子就是:

from datetime import datetime, timedelta, timezone
tz_utc_8 = timezone(timedelta(hours=8)) # 創(chuàng)建時(shí)區(qū)UTC+8:00,即東八區(qū)對應(yīng)的時(shí)區(qū) now = datetime.now() # 默認(rèn)構(gòu)建的時(shí)間無時(shí)區(qū) dt = now.replace(tzinfo=tz_utc_8) # 強(qiáng)制設(shè)置為UTC+8:00

設(shè)置上對應(yīng)的時(shí)區(qū)后,對應(yīng)的日期與時(shí)間是不變的,但是由于設(shè)置了全新的時(shí)區(qū),如果與之前的時(shí)區(qū)不同,那么對應(yīng)的時(shí)間戳就會(huì)改變,使用此方法時(shí)要謹(jǐn)慎

時(shí)區(qū)轉(zhuǎn)換

可以將一個(gè)帶有時(shí)區(qū)信息的時(shí)間轉(zhuǎn)換為另一個(gè)時(shí)區(qū)的時(shí)間,通過 datetime.astimezone() 可以實(shí)現(xiàn),一個(gè)簡單的例子是:

from datetime import datetime, timedelta, timezone
utc_dt = datetime.utcnow().replace(tzinfo=timezone.utc) # 構(gòu)建了 UTC 的當(dāng)前時(shí)間 bj_dt = utc_dt.astimezone(timezone(timedelta(hours=8))) # 將時(shí)區(qū)轉(zhuǎn)化為東八區(qū)的時(shí)間

通過 astimezone() 進(jìn)行轉(zhuǎn)換后,雖然時(shí)間變化了,但是對應(yīng)的是同樣的基準(zhǔn)時(shí)間,因此對應(yīng)的時(shí)間戳是不變的,

Grpc 實(shí)踐

在 Grpc 的使用中,設(shè)計(jì)到時(shí)間戳對象 Timestamp 與時(shí)間的轉(zhuǎn)換,Timestamp 對象支持通過 python 中的時(shí)間戳構(gòu)建,即當(dāng)前時(shí)間的對應(yīng)的時(shí)間戳秒數(shù),也支持通過 datetime 構(gòu)建。對應(yīng)的接口如下:

  • Timestamp.FromSeconds() 此方法是根據(jù)時(shí)間戳生成 Grpc 的時(shí)間戳對象,沒有特殊的地方
  • Timestamp.FromDatetime() 謹(jǐn)慎使用 此方法根據(jù) datetime 時(shí)間生成時(shí)間戳對象,隱含期望 datetime 是 UTC 時(shí)間,如果錯(cuò)誤傳入東八區(qū)時(shí)間,會(huì)導(dǎo)致得到一個(gè) 8 個(gè)小時(shí)后的絕對時(shí)間

我們在實(shí)踐中有混用這兩個(gè)方法,最終發(fā)現(xiàn)調(diào)用 FromDatetime() 時(shí)獲得的時(shí)間戳是完全不符合預(yù)期的。一個(gè)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(shí)間戳與預(yù)期是不相符的,只有傳入的 datetime 是 UTC 的時(shí)間時(shí)兩者才是一致的

而轉(zhuǎn)換為 datetime 對象的接口為:

  • Timestamp.ToSeconds() 此方法是根據(jù)時(shí)間戳對象得到對應(yīng)的整數(shù)時(shí)間戳,沒有問題
  • Timestamp.ToDatetime() 謹(jǐn)慎使用 此方法是根據(jù) grpc 的時(shí)間戳對象生成 datetime,隱含輸出的 datetime 是 UTC 時(shí)間 ,而生成的 datetime 是沒有時(shí)區(qū)信息的,默認(rèn)會(huì)按照本地時(shí)區(qū)進(jìn)行處理,不做處理的情況下得到的就是 8 個(gè)小時(shí)前,對應(yīng)的時(shí)間戳也是錯(cuò)誤的

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

Pymongo 實(shí)踐

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

  • Pymongo 在沒有指定時(shí)區(qū)的情況下, 默認(rèn)不認(rèn)為此時(shí)間為本地時(shí)間,事實(shí)上認(rèn)為此時(shí)間為 UTC 時(shí)間,最終會(huì)利用此時(shí)間計(jì)算得到對應(yīng)的時(shí)間戳并進(jìn)行存儲,所以最終存儲的時(shí)間戳?xí)?8 小時(shí);
  • 而在默認(rèn)設(shè)置下,從 Pymongo 中返回的時(shí)間也沒有時(shí)區(qū),而時(shí)間依舊是 UTC 時(shí)間,因此會(huì)導(dǎo)致計(jì)算得到時(shí)間又早了 8 小時(shí),因此時(shí)間看起來是正常的。

如何才能保證存入正確時(shí)間,返回的也是符合預(yù)期的呢?

  • 存入的時(shí)間可以設(shè)置上對應(yīng)的時(shí)區(qū),即避免存入 naive 類型的時(shí)間,應(yīng)該存入 aware 類型的時(shí)間,避免輸入是認(rèn)為是 UTC 的時(shí)間
  • 在 Pymongo 中設(shè)置輸出帶時(shí)區(qū)的時(shí)間,避免默認(rèn)輸出時(shí)間的問題,Pymongo 可以通過 tz_aware 指定輸出帶時(shí)區(qū)的時(shí)間,通過 tzinfo 指定輸出時(shí)間的時(shí)區(qū),這個(gè)設(shè)置在構(gòu)建 Pymongo 時(shí)傳入即可。對應(yīng)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(jié)

根據(jù)上面的的實(shí)踐,分別對三個(gè)部分進(jìn)行使用如下:

  1. datetime 的使用中,如果運(yùn)行環(huán)境設(shè)置為非 UTC 時(shí)區(qū),建議禁用 utc 相關(guān)的方法,比如 utcnow ,utcfromtimestamp() ,同時(shí)盡量避免使用 naive 使用,保證時(shí)間與運(yùn)行環(huán)境解耦;
  2. grpc 的使用中盡量避免調(diào)用 FromDatetime() 和 ToDatetime() 這種包含隱含信息的方法,盡量通過時(shí)間戳與 grpc 的 TimeStamp 對象進(jìn)行交互;
  3. Pymongo 中盡量傳入的帶有時(shí)區(qū)的時(shí)間,輸出也配置上時(shí)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(wù)交互或存儲時(shí),盡量只使用時(shí)間戳這種絕對機(jī)制,這樣才能從根本上杜絕問題。

以上就是python中的時(shí)區(qū)問題的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于python 時(shí)區(qū)的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!

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