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搞定Python时区的N种姿势

2021-10-19  本文已影响0人  云拾

全球化应用里经常要对时间点进行时区转换，这里通过将本地时间转换为指定时区时间为例，介绍几种Python处理时区转换的方法。

本地时间（UTC8）包括当前时间点（如2021-10-01 15:29:47），指定时间点（如2021-03-15 10:35:10），转换的目标时区时间为德国当地时间（UTC1）。

方法一：按时差换算

先将本地时间换算成UTC时间，再加上目标时区时差得出当地时间。

1. 本地时间转换UTC时间

>>> from datetime import datetime,timedelta

#当前UTC时间可以直接获取
>>> ut = datetime.utcnow()
>>> ut.isoformat()
'2021-10-01T07:29:47.585830'

#本地指定时间点转换成UTC时间，有两种方式
>>> ut1 = datetime(2021, 3, 15, 10, 35, 10) - timedelta(hours=8) #方式一利用时差换算UTC
>>> ut1 = datetime.utcfromtimestamp(float(t.strftime('%s'))) #方式二利用时间戳转换UTC

这里要注意几个问题，datetime模块不支持闰秒，需要处理闰秒时必须使用time模块代替；同时在使用时间戳时会丢失闰秒信息导致前后时间不一致，因此在有闰秒的场景下应避免使用时间戳。比如将最近一次的闰秒时间点（2016-12-31 23:59:60）转换成时间戳在转换回来，会变成（2017-01-01 00:00:00）。

#time模块闰秒时间戳转换误差
>>> time.mktime(time.strptime('2016-12-31 23:59:60', '%Y-%m-%d %H:%M:%S'))
1483200000.0
>>> time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S', time.localtime(1483200000.0))
'2017-01-01 00:00:00'

2. UTC时间转换目标时区时间

>>> gt = ut + timedelta(hours=1) #UTC加时区时差1小时得出德国时间
>>> gt.isoformat()
'2021-10-01T08:29:47.585830'

但是我们发现最后得出的时间和德国实际时间（2021-10-01T09:29:47.585830）相差了1小时，这是怎么回事呢？这是因为德国在夏天实行夏令时，将时间人为调快了1小时，所以必须分别处理夏令时和冬令时。

实际上，世界上各个国家地区对于夏令时的规定各不相同，每年实行时间也各有差异，所以这种手动换算时区的方法只能适用于一些特定的简化场景。

方法二：封装时区信息

Python的datetime模块可以创建两种日期和时间的对象：

Python提供了感知型datetime对象直接转换时区的方法astimezone(tz)，感知型对象赋予tzinfo属性的值必须是datetime.tzinfo抽象类子类的实例，但是Python语言本身只提供了tzinfo抽象类，没有可以直接使用的时区信息子类和时区实例，需要我们自己封装实现。

1. 封装时区

from datetime import tzinfo, timedelta, datetime

ZERO = timedelta(0)
HOUR = timedelta(hours=1)

class UTC(tzinfo):    #UTC时区
    def utcoffset(self, dt):
        return ZERO
    def tzname(self, dt):
        return "UTC"
    def dst(self, dt):
        return ZERO

class UTC8(tzinfo):    #UTC8时区
    def utcoffset(self, dt):
        return timedelta(hours=8)
    def tzname(self, dt):
        return "UTC8"
    def dst(self, dt):
        return ZERO

def last_sunday_on_or_after(dt):
    days_to_go = 6 - dt.weekday()
    if days_to_go:
        dt += timedelta(days_to_go)
    return dt

#德国现行的夏令时间，从每年3月最后一个周日2:00开始(向前调整成3:00)，到10月的最后一个
#周日3:00结束(向后调整成2:00)。即每年3月和10月从25号开始的第一个周日开始和结束。
#这里简化为不考虑历史年份的夏令时差异，统一按现行规定换算。
DSTSTART = datetime(1, 3, 25, 2)
DSTEND = datetime(1, 10, 25, 2)

class DETZ(tzinfo):    #德国时区
    def utcoffset(self, dt):
        return timedelta(hours=1) + self.dst(dt)
    def tzname(self, dt):
        return "CEDT" if self.dst(dt) else "CET"
    def dst(self, dt):
        start = last_sunday_on_or_after(DSTSTART.replace(year=dt.year))
        end = last_sunday_on_or_after(DSTEND.replace(year=dt.year))
        # Can't compare naive to aware objects, so strip the timezone from
        # dt first.
        if start <= dt.replace(tzinfo=None) < end:
            return HOUR
        return ZERO

#时区实例
utc = UTC()
cn = UTC8()
de = DETZ()

2. 本地时间换算为目标时区时间

#当前utc时间，并指定时区，对应德国夏令时间点
>>> ut = datetime.utcnow().replace(tzinfo=utc)
>>> ut.isoformat()
'2021-10-01T07:29:47.585830+00:00'
>>> ut.astimezone(de).isoformat() #转换为德国时区
'2021-10-01T09:29:47.585830+02:00'

#指定本地时间和时区转换，对应德国冬令时间点
>>> lt = datetime(2021, 3, 15, 10, 35, 10, tzinfo=cn)
>>> lt.isoformat()
'2021-03-15T10:35:10+08:00'
>>> lt.astimezone(de).isoformat() #本地时间转换为德国时区
'2021-03-15T03:35:10+01:00'
>>> lt.astimezone(utc).isoformat() #本地时间转换为UTC时区
'2021-03-15T02:35:10+00:00'

可以看到封装以后的时区使用很方便，但是封装时涉及到夏令时的处理非常复杂，很难兼顾到所有地区所有历史阶段的不同夏令时规定，而且Python2的datetime模块没办法区分夏令时结束时多出来的1小时（即调整前夏令时的2:MM和调整后冬令时的2:MM，Python3中datetime专门增加了fold参数来区分），因此在涉及到夏令时的场景不建议自行封装时区使用。

方法三：使用第三方库

Python已经有一些第三方库提供了封装好的IANA时区数据库信息，可以直接使用。Python2推荐使用pytz，Python3可以使用dateutil，它们都能很好地处理夏令时和重复时间的问题。

pytz 时区处理

>>> from datetime import datetime, timedelta
>>> from pytz import utc, timezone

>>> de = timezone('Europe/Berlin')
>>> cn = timezone('Asia/Shanghai')

#当前本地时间转换，对应德国夏令时间点
>>> lt = datetime.now(cn)
>>> lt.isoformat()
'2021-10-01T15:29:47.585830+08:00'
>>> lt.astimezone(de).isoformat() #转换为德国时区
'2021-10-01T09:29:47.585830+02:00'

#指定本地时间转换，对应德国冬令时间点
>>> lt1 = cn.localize(datetime(2021, 3, 15, 10, 35, 10))
>>> lt1.isoformat()
'2021-03-15T10:35:10+08:00'
>>> lt1.astimezone(de).isoformat() #本地时间转换为德国时区
'2021-03-15T03:35:10+01:00'
>>> lt1.astimezone(utc).isoformat() #本地时间转换为UTC时区
'2021-03-15T02:35:10+00:00'

#处理夏令时结束临界重复时间2:MM
#本地时间转换成德国临界时间
>>> cn.localize(datetime(2021, 10, 31, 8, 30, 00)).astimezone(de).isoformat()
'2021-10-31T02:30:00+02:00'
>>> cn.localize(datetime(2021, 10, 31, 9, 30, 00)).astimezone(de).isoformat()
'2021-10-31T02:30:00+01:00'
#德国临界时间转换成本地时间，使用is_dst区分重复的一小时
>>> de.localize(datetime(2021, 10, 31, 2, 30, 00), is_dst=True).astimezone(cn).isoformat()
'2021-10-31T08:30:00+08:00'
>>> de.localize(datetime(2021, 10, 31, 2, 30, 00), is_dst=False).astimezone(cn).isoformat()
'2021-10-31T09:30:00+08:00'

#夏令时区内处理跨临界时间运算，结果必须使用normalize修正
>>> dt = de.localize(datetime(2021, 10, 31, 2, 50, 00), is_dst=True)
>>> (dt + timedelta(minutes=20)).isoformat() #未修正时结果没有回调时区，计算错误
'2021-10-31T03:10:00+02:00'
>>> de.normalize(dt + timedelta(minutes=20)).isoformat() #normalize修正后时区回调，结果正确
'2021-10-31T02:10:00+01:00'

pytz的实现和使用方式都和Python原生有很大差异，但是可以自动处理夏令时的跨临界点运算，功能比较全面。

dateutil 时区处理

>>> from datetime import datetime, timedelta
>>> from dateutil import tz

>>> de = tz.gettz('Europe/Berlin')

#当前本地时间转换，对应德国夏令时间点
>>> lt = datetime.now(tz.tzlocal())
>>> lt.isoformat()
'2021-10-01T15:29:47.585830+08:00'
>>> lt.astimezone(de).isoformat() #转换为德国时区
'2021-10-01T09:29:47.585830+02:00'

#指定本地时间转换，对应德国冬令时间点
>>> lt1 = datetime(2021, 3, 15, 10, 35, 10, tzinfo=tz.tzlocal())
>>> lt1.isoformat()
'2021-03-15T10:35:10+08:00'
>>> lt1.astimezone(de).isoformat() #本地时间转换为德国时区
'2021-03-15T03:35:10+01:00'
>>> lt1.astimezone(tz.UTC).isoformat() #本地时间转换为UTC时区
'2021-03-15T02:35:10+00:00'

#处理夏令时结束临界重复时间2:MM
#本地时间转换成德国临界时间
>>> datetime(2021, 10, 31, 8, 30, 00, tzinfo=tz.tzlocal()).astimezone(de).isoformat()
'2021-10-31T02:30:00+02:00'
>>> datetime(2021, 10, 31, 9, 30, 00, tzinfo=tz.tzlocal()).astimezone(de).isoformat()
'2021-10-31T02:30:00+01:00'
#德国临界时间转换成本地时间，使用enfold区分重复的一小时
>>> datetime(2021, 10, 31, 2, 30, 00, tzinfo=de).astimezone(cn).isoformat()
'2021-10-31T08:30:00+08:00'
>>> tz.enfold(datetime(2021, 10, 31, 2, 30, 00, tzinfo=de)).astimezone(cn).isoformat()
'2021-10-31T09:30:00+08:00'

#夏令时区处理跨临界时间运算
>>> dt = datetime(2021, 10, 31, 2, 50, 00, tzinfo=de)
>>> (dt + timedelta(minutes=20)).isoformat() #未修正结果,计算错误
'2021-10-31T03:10:00+01:00'
#先转换成非夏令时区计算后再转换回来，结果正确
>>> (dt.astimezone(tz.UTC) + timedelta(minutes=20)).astimezone(de).isoformat()
'2021-10-31T02:10:00+01:00'

dateutil继承实现了Python的tzinfo类，使用方式上更贴近原生，但是不能直接处理夏令时跨临界时间的运算问题，只能采用先转换成非夏令时区计算后再转换回来的方式规避，在进行时间运算时要特别注意。

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