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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