系統(tǒng)設(shè)計中跨時區(qū)問題的解決方案
一、背景
假如開發(fā)一套統(tǒng)一的系統(tǒng)產(chǎn)品，供遍布全球的所有分公司使用。
產(chǎn)品功能設(shè)計中，經(jīng)常會遇到一場活動，分跨不同時區(qū)，系統(tǒng)需要顯示不同時區(qū)的時間，同時希望跨時區(qū)的用戶可以同一時間開始，同一時間結(jié)束。
對于類似跨時區(qū)處理問題，那我們該如何設(shè)計實現(xiàn)呢？
二、幾個重要概念
- 時區(qū)
劃分時區(qū)是為了便于人們進(jìn)行跨地區(qū)的交流、協(xié)作和管理。
時區(qū)的劃分以地球表面按經(jīng)線從東到西劃成一個個區(qū)域，每隔經(jīng)度15°劃分一個時區(qū)，規(guī)定相鄰區(qū)域的時間相差1小時，如下圖所示：
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- 格林尼治時間
英國皇家格林尼治天文臺，UTC/GMT 0 (零時區(qū))。
- 中國時區(qū)
有東五區(qū)、東六區(qū)、東七區(qū)、東八區(qū)、東九區(qū)，新疆在東五、東六、而東北在東九區(qū)，但解放后我們國家統(tǒng)一采用北京時間（東八區(qū)）為準(zhǔn)。
- UTC
Coordinated Universal Time，世界統(tǒng)一時間，中國是UTC+8。
- GMT
Greenwish Mean Time，以地球公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)來計算時間，而UTC以原子鐘來計算時間。
- UNIX時間戳
1970年1月1日（UTC/GMT的午夜）開始所經(jīng)過的秒數(shù)，因此，不同的時區(qū)的時間戳是相同的。
三、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫時區(qū)設(shè)置
3.1 Linux 中設(shè)置時區(qū)
一臺Linux服務(wù)器有兩個時間源，一個是硬件時間，即服務(wù)器硬件CMOS維護(hù)的時間，還有一個是軟件時間，即操作系統(tǒng)維護(hù)的時間，前者通過hwclock命令來訪問，后者則主要通過date命令來訪問。
date是最常用的時間相關(guān)的命令，例如：
# 獲取當(dāng)前時間
$ date
Fri Apr 26 15:22:16 CST 2024
# 以特定格式輸出當(dāng)前時間，格式字符串前以"+"開頭，例如獲得當(dāng)前時間的epoch
$ date +%s
1714117833
# 設(shè)置當(dāng)前時間
$ sudo date -s "2024-04-25 00:00:00"
Thu Apr 25 00:00:00 CST 2024如果是云服務(wù)器的話，中國區(qū)服務(wù)器默認(rèn)都是UTC+8，海外機(jī)器則是UTC+0，關(guān)于這個大家再需要確認(rèn)一下。
Linux 使用 tzselect 調(diào)整時區(qū)
該命令會向?qū)降倪x擇洲區(qū)、國家和城市，然后在/usr/share/zoneinfo下會生成時區(qū)的文件，將該文件覆蓋/etc/localtime即可完成時區(qū)設(shè)置。
#設(shè)置時區(qū)
tzselect3.2 MySQL 中設(shè)置時區(qū)
先登錄到mysql 安裝所在的機(jī)器。
-- 看下當(dāng)前的mysql時區(qū)設(shè)置
show variables like "%time_zone%";下圖顯示 SYSTEM，表示用的默認(rèn)時區(qū)。
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我們可以修改成 +8 的北京所在時區(qū)，操作如下：
set global time_zone = '+8:00';
set time_zone = '+8:00';如上修改，MySQL如果重啟后，又會恢復(fù)之前的設(shè)置。
下面介紹一種設(shè)置，讓重啟永久生效的方案：修改設(shè)置，重啟永久生效。
修改配置文件 /etc/my.cnf
[mysqld]
default-time_zone = '+8:00'重啟 MySQL 生效
systemctl stop mysqld.service
systemctl start mysqld.service四、系統(tǒng)跨時區(qū)設(shè)計
現(xiàn)在我們回到正規(guī)，談?wù)勅绾谓鉀Q上面開篇提出的問題。
4.1 服務(wù)端中的時間處理
既然時區(qū)的處理不能在客戶端做，換言之就必須在服務(wù)端實現(xiàn)。
這樣就需要解決兩個問題：時間的保存和獲取。
客戶端傳來的時間為客戶端所在時區(qū)的當(dāng)?shù)貢r間，服務(wù)端接收到客戶端發(fā)送的時間后，需要基于客戶端相應(yīng)時區(qū)轉(zhuǎn)換成UTC時間才能保存到數(shù)據(jù)庫。
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所有后端暴露的接口中的時間對象，全部以 UTC 時間表示。
同時，所有后端在存儲、計算、傳輸時間時，也統(tǒng)一使用 UTC 時間。由于 DB 存儲時間時，時區(qū)信息會被丟掉，因此應(yīng)保證丟掉的時區(qū)，是大家明確約定清楚的無歧義的，即 UTC。這樣一來，數(shù)據(jù)庫中的所有時間字段也都沒有歧義。
4.2 前端中的時間
時間在前端中的應(yīng)用比較簡單，通常的方案是：后端直接返回 ISO 標(biāo)準(zhǔn)本地時間，避免 UTC 在前端再次格式化和處理時區(qū)，否則會把問題變得更加復(fù)雜（時區(qū)設(shè)置只發(fā)生在應(yīng)用服務(wù)器中）。
如果有需要處理跨時區(qū)的業(yè)務(wù)場景需，可以讓用戶選擇時區(qū)，并在任何時候都將處理后的時區(qū)信息放到時間字符串中。
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前端的時間格式化比較簡單，可以使用 Day.js 和 Moment.js 等時間庫來完成。
正是因為前面講到的時區(qū)問題，Moment.js 為了處理此問題，使用了一個巨大的 JSON 文件記錄了不同年份之間、不同國家、不同經(jīng)緯度的時區(qū)信息，另外這些信息還會和語言信息綁定導(dǎo)致文件非常巨大。
4.3 其它注意事項
在編程中還有一些額外的坑可能需要注意：
- 使用環(huán)境變量配置時區(qū)信息，使用應(yīng)用服務(wù)器來裁決時區(qū)（沒有特別業(yè)務(wù)說明的情況下），因此確保服務(wù)器配置的時區(qū)相同。
- 如果是跨國交易或者數(shù)據(jù)同步的時候，根據(jù)客戶端連接到的服務(wù)器來決定操作用戶所屬的時區(qū)。
- 依賴應(yīng)用服務(wù)器的時區(qū)信息做時區(qū)裁決，不要依賴數(shù)據(jù)庫的時區(qū)設(shè)置，數(shù)據(jù)庫透明存放數(shù)據(jù)即可。
- 時區(qū)配置來源有操作系統(tǒng)、環(huán)境變量、數(shù)據(jù)庫時區(qū)、Java 啟動參數(shù)，建議統(tǒng)一使用 Java 啟動參數(shù)，避免配置出錯，數(shù)據(jù)庫不要做時區(qū)自動轉(zhuǎn)換，避免使用 TIMESTAMP 類型。
- 在高并發(fā)的場景中獲取系統(tǒng)時間可能有性能問題，原因是 JVM 需要訪問進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)核態(tài)執(zhí)行指令，當(dāng)高并發(fā)且不需要高精度時間時可以增加緩存，但需要權(quán)衡處理。
- 有時候在處理業(yè)務(wù)時，需要考慮自然月問題，需要特別注意。
- 關(guān)于時間同步問題中，還有一個墻上時鐘和單調(diào)時鐘的問題。墻上時鐘是指根據(jù)日歷獲取時間，會受到時間校對回?fù)艿膯栴}，而單調(diào)時鐘是指系統(tǒng)啟動后的秒數(shù)，它不會回?fù)堋Ｔ谑褂?NTP 服務(wù)時，可以配置為 NTPD 模式，通過調(diào)慢時間頻率避免回?fù)堋?/li>
五、補(bǔ)充知識：夏令時、冬令時
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夏令時（Daylight Saving Time：DST），也叫夏時制，又稱“日光節(jié)約時制”和“夏令時間”，是一種為節(jié)約能源而人為規(guī)定地方時間的制度，在這一制度實行期間所采用的統(tǒng)一時間稱為“夏令時間”。一般在天亮早的夏季人為將時間調(diào)快一小時，可以使人早起早睡，減少照明量，以充分利用光照資源，從而節(jié)約照明用電。
夏令時調(diào)整通常適用于：夏季日照時間相對較長，日出和日落時間發(fā)生較大變化的地方。關(guān)于夏令時的問題，人們褒貶不一。
有夏令時就會有冬令時，冬令時 通常是指當(dāng)?shù)厥褂玫臉?biāo)準(zhǔn)時間。在使用夏令時 - 日光節(jié)約時制(Daylight Saving Time) 的地區(qū)，夏天時鐘撥快一小時，冬天再撥回標(biāo)準(zhǔn)時間。
那為什么我國沒有夏令時呢？
其實不使用夏令時也能實現(xiàn)節(jié)約能源、減少照明成本的目的，只不過把調(diào)整人們生活節(jié)奏的權(quán)利給到了具體場景。在學(xué)校，會使用夏季和冬季課表，在工作環(huán)境中，某些公司也會針對下冬夏調(diào)整上班時間。
六、閱讀更多及參考文獻(xiàn)
本文參考資料：
