浅谈Python3中datetime不同时区转换介绍与踩坑

时间:2022-06-05 20:14:25

最近的项目需要根据用户所属时区制定一些特定策略,学习、应用了若干python3的时区转换相关知识,这里整理一部分记录下来。

下面涉及的几个概念及知识点:

GMT时间:Greenwich Mean Time, 格林尼治平均时间

UTC时间:Universal Time Coordinated 世界协调时,可以认为是更精准的GMT时间,但两者误差极小,在1s以内,一般可视为等同

LMT:Local Mean Time, 当地标准时间

Python中的北京时间:Python的标准timezone中信息中并没有Asia/Beijing,原因要追溯到国民*期间上报给国际标准的五个时区城市没有北京,因此一般使用Asia/Shanghai获取东8区时间

Python使用到的时间相关函数及概念:

包含时区信息的datetime称为: offset-aware datetime,反之称为offset-naive datetime

pytz.timezone(x): pytz package中预定义的时区相关对象, pytz可通过 python3 -m pip install pytz 安装

datetime(...) : 直接指定year/month/day/hour/second生成naive datetime

datetime(...tzinfo=tz) : 直接指定year/month/day/hour/second+时区信息生成offset-aware datetime

datetime.now(): 生成当前默认时区的 naive datetime

datetime.now(tzinfo=tz): 生成指定时区的offset-aware datetime

datetime.strptime(string, format) : 生成当前默认时区的string、format表示的 naive datetime

datetime.replace(tzinfo=tz): 直接替换datetime 时区信息为tz时区offset-aware datetime--不针对时区进行任何转换

datetime.astimezone(tz): 将时间转换为新的tz时区的offset-aware datetime

下述代码示例中,由于云主机位于日本,所以默认时区为东9区(Asia/Tokyo)

Python中获取当前时刻时间:

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In [1]: import pytz
 
In [2]: from datetime import datetime, timedelta
 
In [3]: datetime.now() # 默认时区当前时间
Out[3]: datetime.datetime(2021, 8, 1, 18, 36, 8, 352873)
 
In [4]: datetime.now(pytz.timezone('Asia/Tokyo')) # 指定Tokyo时区当前时间
Out[4]: datetime.datetime(2021, 8, 1, 18, 36, 25, 421048, tzinfo=<DstTzInfo 'Asia/Tokyo' JST+9:00:00 STD>)

可以看到,datetime.now()未指定时区时,获取到的对象是offset-navie datetime,而指定时区后则是offset-aware datetime,naive和aware的datetime是不可以执行比较、相减相关操作的,只有同类型的datetime才能求时间差值、比较大小,如下:

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In [5]: datetime.now() - datetime.now(pytz.timezone('Asia/Tokyo'))
---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-5-8b6c111dc5de> in <module>
----> 1 datetime.now() - datetime.now(pytz.timezone('Asia/Tokyo'))
 
TypeError: can't subtract offset-naive and offset-aware datetimes
 
In [6]: datetime.now() - datetime.now() # 只有同样的offset-naive datetime才能求差值
Out[6]: datetime.timedelta(days=-1, seconds=86399, microseconds=999991)
In [8]: datetime.now(pytz.timezone('Asia/Tokyo')) - datetime.now(pytz.timezone('Asia/Tokyo')) # 同样的offset-aware datetime才能求差值
Out[8]: datetime.timedelta(days=-1, seconds=86399, microseconds=999976)

这里碰到了第一个坑,比如我们想获得北京时间2021年1月1日0点的datetime,然后将其转换为东京时间,直觉上我们很可能这么写:

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In [19]: datetime(2021, 1, 1, tzinfo=pytz.timezone('Asia/Shanghai')) # 这里获取北京时间20210101 0点的datetime
Out[19]: datetime.datetime(2021, 1, 1, 0, 0, tzinfo=<DstTzInfo 'Asia/Shanghai' LMT+8:06:00 STD>) # 注意获取的是LMT时间
In [21]: datetime(2021, 1, 1, tzinfo=pytz.timezone('Asia/Shanghai')).astimezone(pytz.timezone('Asia/Tokyo')) # 将北京时转换为东京时间
Out[21]: datetime.datetime(2021, 1, 1, 0, 54, tzinfo=<DstTzInfo 'Asia/Tokyo' JST+9:00:00 STD>) # 获取的是日本标准时间JST+9
In [22]: datetime.now(pytz.timezone('Asia/Shanghai')) # 示例获取当前时刻北京时间
Out[22]: datetime.datetime(2021, 8, 1, 18, 11, 6, 706727, tzinfo=<DstTzInfo 'Asia/Shanghai' CST+8:00:00 STD>) # 获取的是中国标准时间(CST+8)

仔细一看,北京时间的0点转化为东京时间却是0:54,相差是54分钟,而不是1个小时,这就奇怪了,仔细一看tzinfo中的信息是LMT+8:06:00 STD,表示这是LMT时间,相比UTC快8小时6分钟,而不是东8区标准时间,而通过astimezone方法转换后得到的就是日本标准时间(东9区),所以两者之前的差值并不是1小时整。

第一个坑究其原因,通过datetime(..tzinfo=..)指定时区获取的是LMT,而datetime.now(tz)、datetime.astimezone(tz) 获取的却是UTC(GMT)标准时间,LMT和GMT标准时间可能会有甚至十分钟级的差值,这已经足够影响到程序的正常逻辑了。

 所以如果要保证获取标准时区的时间,建议避免使用Asia/Shanghai、Asia/Tokyo这类大洲/城市 字符串表示时间,而使用GMT、UTC这些无歧义的标准时区,如下:

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In [45]: datetime(2021, 1, 1, tzinfo=pytz.timezone('Etc/GMT-9'))
Out[45]: datetime.datetime(2021, 1, 1, 0, 0, tzinfo=<StaticTzInfo 'Etc/GMT-9'>) # 东9区应使用GMT-9

这里第二个坑出现了,由于历史原因,Python中timezone的表示中,时区偏移以西为正,以东为负,和我们熟悉的ISO标准刚好相反,所以东9区应该表示为Etc/GMT-9, 而Etc/GMT+9表示的其实是西9区,如下可以验证GMT-9与JST相差0, GMT+9与JST相差18小时(64800s):

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In [50]: datetime(2021, 1, 1, tzinfo=pytz.timezone('Etc/GMT-9')) - datetime(2021, 1, 1).astimezone(pytz.timezone('Asia/Tokyo'))
Out[50]: datetime.timedelta(0)
 
In [51]: datetime(2021, 1, 1, tzinfo=pytz.timezone('Etc/GMT+9')) - datetime(2021, 1, 1).astimezone(pytz.timezone('Asia/Tokyo'))
Out[51]: datetime.timedelta(seconds=64800)

最后,获取指定时区2021年1月1日datetime的方式,以北京时间为例:

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In [56]: datetime(2021, 1, 1, tzinfo=pytz.timezone('Etc/GMT-8'))
Out[56]: datetime.datetime(2021, 1, 1, 0, 0, tzinfo=<StaticTzInfo 'Etc/GMT-8'>)
In [58]: datetime(2021, 1, 1, tzinfo=pytz.timezone('Etc/GMT-8')).astimezone(pytz.timezone('Asia/Shanghai'))
Out[58]: datetime.datetime(2021, 1, 1, 0, 0, tzinfo=<DstTzInfo 'Asia/Shanghai' CST+8:00:00 STD>) # 可见GMT-8和东八区标准时间(CST+8)一致

进一步如果要获取指定时区零点的时间戳就很简单了:

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In [44]: datetime(2021, 1, 1, tzinfo=pytz.timezone('Etc/GMT0')).timestamp() # 获取格林尼治时区2021年1月1日0点时间戳
Out[44]: 1609459200.0

另外两种获取指定时区时刻的方法,此三种方式彼此等价:

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In [51]: datetime(2021, 1, 1, tzinfo=pytz.timezone('Etc/GMT0')) == datetime(2021, 1, 1).replace(tzinfo=pytz.timezone('Etc/GMT0'))
Out[51]: True
In [53]: datetime(2021, 1, 1, tzinfo=pytz.timezone('Etc/GMT0')) == datetime.strptime('20210101', '%Y%m%d').replace(tzinfo=pytz.timezone('Etc/GMT0'))

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