Java与MySQL时间不一致问题解决
一、问题情况描述
有时会遇到这样的问题：MySQL中datetime、timestamp类型的列，Java与MySQL时间不一致。
在Java的数据库配置url参数后面加serverTimezone=GMT%2B8，问题就解决了，但具体是什么导致的这一问题呢？
其实，Java与MySQL时间不一致主要是因为：CST时区的混乱问题。
二、CST时区混乱
1. CST有四种含义
CST是一个混乱的时区，它有四种含义：
美国标准时间 Central Standard Time (USA)：UTC-06:00（或UTC-05:00）
- 夏令时：3月11日至11月7日，使用UTC-05:00
- 冬令时：11月8日至次年3月11日，使用UTC-06:00
澳大利亚标准时间 Central Standard Time (Australia)：UTC+09:30
中国标准时 China Standard Time：UTC+08:00
古巴标准时 Cuba Standard Time：UTC-04:00
CST在Linux、MySQL、Java中的含义：
- 在Linux或MySQL中，CST表示的是：中国标准时间(UTC+08:00)
- 在Java中，CST表示的是：中央标准时间（美国标准时间）(UTC-05:00或UTC-06:00)
Java中CST时区的分析：
public static void main(String[] args) {
// 完整时区ID与时区描述：一共628个
String[] ids = TimeZone.getAvailableIDs();
for (String id : ids) {
// System.out.println(id+"\t"+TimeZone.getTimeZone(id).getDisplayName());
}
// 系统默认时区
TimeZone defaultTimeZone = TimeZone.getDefault();
System.out.println("系统默认时区："+defaultTimeZone.getID()+"\t"+defaultTimeZone.getDisplayName());
// 北京时区
TimeZone bjTimeZone = TimeZone.getTimeZone("Asia/Shanghai");
System.out.println("北京时区："+bjTimeZone.getID()+"\t"+bjTimeZone.getDisplayName());
// 东京时区
TimeZone djTimeZone = TimeZone.getTimeZone("Asia/Tokyo");
System.out.println("东京时区："+djTimeZone.getID()+"\t"+djTimeZone.getDisplayName());
// CST时区
TimeZone cstTimeZone = ZoneInfo.getTimeZone("CST");
System.out.println("CST时区："+cstTimeZone.getID()+"\t"+cstTimeZone.getDisplayName());
Date date = new Date(0L);
System.out.println("时间戳=0对应系统时间："+date.toString());
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
sdf.setTimeZone(bjTimeZone);// 设置北京时区
System.out.println("时间戳0对应北京时间：" + sdf.format(date));
sdf.setTimeZone(djTimeZone);// 设置东京时区
System.out.println("时间戳0对应东京时间：" + sdf.format(date));
sdf.setTimeZone(cstTimeZone);// 设置CST时区
System.out.println("时间戳0对应CST时间：" + sdf.format(date));
}
控制台输出：
系统默认时区：Asia/Shanghai 中国标准时间
北京时区：Asia/Shanghai 中国标准时间
东京时区：Asia/Tokyo 日本标准时间
CST时区：CST 中央标准时间
时间戳=0对应系统时间：Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970
时间戳0对应北京时间：1970-01-01 08:00:00
时间戳0对应东京时间：1970-01-01 09:00:00
时间戳0对应CST时间：1969-12-31 18:00:00
由输出可知：
CST在Java中（TimeZone中的CST）表示的是中央标准时间（美国标准时间）
但需注意：Date中的CST是表示的中国标准时间
时间戳永远指的是UTC/GMT的值，同一时间戳在不同时区表示不同的绝对时间
中国的时区ID为Asia/Shanghai。
2. 什么是时区
为了照顾到各地区的使用方便，又使其他地方的人容易将本地的时间换算到别的地方时间上去。有关国际会议决定将地球表面按经线从南到北，划成24个区域，并且规定相邻区域的时间相差1小时。
但由于国家常常是跨越多个时区的，为了照顾到行政上的方便，所以通常国家都会定义一个统一标准际的时区来使用，如中国就是统一使用东八区时间标准（北京时间）。
因为时区众多，所以需要一个标准时间作为基准：
- 早期基准是：GMT（格林尼治标准时间）
- 后来基准是：UTC（协调世界时）
由于地球在它的椭圆轨道里的运动速度不均匀，这个时刻可能和实际的太阳时相差16分钟，地球每天的自转是有些不规则的，而且正在缓慢减速。所以，GMT（格林尼治标准时间）已经不再适合被作为标准时间使用。而是UTC（协调世界时）是原子时秒长为基础，更合适。UTC在时刻上尽量接近于GMT，这两者几乎是一样的。
UTC这套时间系统被应用于许多互联网和万维网的标准中，例如，网络时间协议就是协调世界时在互联网中使用的一种方式。
- 如果本地时间比UTC时间快，例如中国大陆的时间比UTC快8小时，写作UTC+8（东8区）。
- 如果本地时间比UTC时间慢，例如夏威夷的时间比UTC时间慢10小时，写作UTC-10（西10区）。
三、绝对时间与本地时间
绝对时间与本地时间关系：绝对时间 = 本地时间 & 时区偏移量 （AbsoluteTime = LocalDateTime & Offset）
1. 绝对时间
绝对时间（AbsoluteTime）是一个指向绝对时间线上的一个确定的时刻，不受所在地的影响。
UTC时间就是一个绝对时间。
当我们记录一个时间为1970-01-01T00:00:00Z（UTC描述时间的标准格式）时，这个时间的定义是没有任何歧义的，在地球上的任何地方，他们的UTC时间也一定是相同的。
Unix时间戳也是一个绝对时间。
Unix时间戳的定义与时区无关。时间戳是指从绝对时间点（UTC时间1970年1月1日午夜）起经过的秒数（或毫秒）。无论您使用什么时区，时间戳都代表一个时刻，在任何地方都是相同的。
2. 本地时间
本地时间（LocalDateTime）是某一时区的时间。
举例：北京时间2022-10-10 08:00:00。
- “2022-10-10 08:00:00”是本地时间（不含时区描述）
- “北京时间2022-10-10 08:00:00”整体是绝对时间（含时区描述）
3. 时区偏移量
全球分为24个时区，每个时区和零时区相差了数个小时，也就是这里所说的时区偏移量（Offset）。
例如：北京时间2022-10-10 08:00:00，它本身是一个绝对时间，表示成UTC时间是2020-08-24T03:00:00+08:00
- 其中的2020-08-24T03:00:00是本地时间
- 其中的+08:00可以看作是时区偏移量
时区偏移量 = 地区 & 规则 （Offset = Zone & Rules）
这里的规则（Rules）可能是一个变化的值，如果我们单纯地认为中国的时区偏移量是8个小时，就出错了。
举例说明：
中国其实也实行过夏令时，（1992年之后中国已经没有再实行过夏令时了，所以大家对这个概念并不熟悉）。
- 当实行夏令时，中国标准时间的时区偏移量就是+09:00
- 当非夏令时，中国标准时间的时区偏移量就是+08:00
因此，一个地区的时区偏移量是多少，是由当地的政策决定的，可能会随着季节而发生变化，这就是上面所说的规则。
四、MySQL服务端时区
MySQL时区相关参数有两个：
- system_time_zone(系统时区)
- time_zone(全局时区或当前会话时区)
1. system_time_zone(系统时区)
在MySQL启动时会检查当前系统的时区并根据系统时区设置全局参数system_time_zone的值。值可以为UTC、CST、WIB等，默认值一般为CST，该值是只读的。
2. time_zone(全局时区或当前会话时区)
全局时区：mysql服务端使用的时区，可以修改，默认值SYSTEM
mysql> show global variables like "%time_zone%"; +------------------+--------+ | Variable_name | Value | +------------------+--------+ | system_time_zone | CST | | time_zone | SYSTEM | +------------------+--------+ 2 rows in set (0.00 sec) mysql> set global time_zone = '+9:00'; Query OK, 0 rows affected (0.00 sec) mysql> show global variables like "%time_zone%"; +------------------+--------+ | Variable_name | Value | +------------------+--------+ | system_time_zone | CST | | time_zone | +09:00 | +------------------+--------+ 2 rows in set (0.00 sec)
此时查到的time_zone为全局时区
mysql> flush privileges; Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)
该命令使全局时区的修改立即生效，否则只有等mysql服务重启才会生效。
会话时区：当前会话的时区，默认取全局时区的值，可以修改
mysql> show variables like "%time_zone%"; +------------------+--------+ | Variable_name | Value | +------------------+--------+ | system_time_zone | CST | | time_zone | SYSTEM | +------------------+--------+ 2 rows in set (0.00 sec) mysql> set time_zone = '+9:00'; Query OK, 0 rows affected (0.00 sec) mysql> show variables like "%time_zone%"; +------------------+--------+ | Variable_name | Value | +------------------+--------+ | system_time_zone | CST | | time_zone | +09:00 | +------------------+--------+ 2 rows in set (0.00 sec)
此时查到的time_zone为当前会话时区
五、问题具体分析
本文使用的MySQL驱动为cj驱动。
Java通过MySQL的jdbc驱动连接MySQL服务端：
- 通过jdbc的serverTimezone参数设置数据库连接的时区。
- 当未设置serverTimezone时，数据库将连接使用MySQL服务端的time_zone（全局时区），默认值为CST。time_zone的默认值为SYSTEM，而SYSTEM取的是system_time_zone（系统时区）的值，system_time_zone的默认值就是CST。
对于CST，文章上文有提过：
- MySQL中，CST表示的是：中国标准时间(UTC+08:00)
- Java中，CST表示的是：美国标准时间(UTC-05:00或UTC-06:00)
由于Java和MySQL服务端对CST时区的不同解读，最终导致了Java与MySQL时间不一致的问题。
关于serverTimezone
分析mysql的jdbc驱动代码。MySQL驱动创建数据库连接后，会配置此连接的时区：
- 普通驱动：使用com.mysql.jdbc.ConnectionImpl#configureTimezone()配置连接的时区
- cj驱动：使用com.mysql.cj.protocol.a.NativeProtocol#configureTimezone()配置连接的时区
数据库连接时区的设置：
- 如果配置了serverTimezone，则会使用serverTimezone配置的时区
- 如果没配置，会去取数据库中time_zone变量所配置的时区
serverTimezone配置的注意事项：
- 如果未配置serverTimezone，且数据库time_zone是CST，时间会不一致
- 如果未配置serverTimezone，但数据库time_zone不是CST（如GMT），时间一致
- 如果配置了serverTimezone，但与数据库time_zone不是同一时区，时间会不一致
- 如果配置了serverTimezone，且与数据库time_zone是同一时区，时间一致
你或许会发现一个奇怪的事情：貌似我配置的serverTimezone与据库time_zone不是同一时区。但是Java中的存入时间和查询得到的时间明明是一致且正确的，好像和上面描述得不一样呀。
这里需要强调一下，上面所说的时间不一致是指的Java中的时间与MySQL数据库中的时间（并不是Java中的存入时间和查询得到的时间）。
为何Java中的存入时间和查询得到的时间是一致且正确的？
举个例子说明：
serverTimezone=+9（东九区），time_zone=+8:00（东八区），此时准备把Java中的时间"2022-10-15 08:00:00"存入数据库
- Java存入到MySQL时，误认为MySQL数据库的时区是东九区，时间+1小时，MySQL最终得到时间为：2022-10-15 09:00:00
- MySQL返回给Java时，误认为MySQL返回的时间是东九区的时间，时间-1小时，Java最终得到的时间为：2022-10-15 08:00:00，和正确时间一致
Java到MySQL的过程，以及MySQL到Java的过程，时间的处理在MySQL JDBC驱动环节。
serverTimezone配置的归纳总结：
- 如果数据库time_zone是CST，请配置serverTimezone=%2B8（+08:00）
- 如果数据库time_zone是GMT（或其它MySQL与Java解析结果一致的时区格式），可以不配置serverTimezone参数。但如果要配置，请配置与数据库数据库time_zone一致的时区
虽然配置的serverTimezone与数据库数据库time_zone时区不一致，Java写入后查询得到的时间也是正常的，但MySQL中存的时间已经是错误的了。
时间戳与时区无关性
时间戳：指1970-01-01 00:00:00(GMT/UTC)起到当前的毫秒数。与时区无关，不同时区同一个时刻的时间戳是相同的。
- 当UTC时区的时间为1970-01-01 00:00:00时，时间戳为0
- 此时UTC+8（东8区）时区的时间为1970-01-01 08:00:00，时间戳也为0
- 此时UTC+9（东9区）时区的时间为1970-01-01 09:00:00，时间戳也为0
public static void main(String[] args) {
Date date = new Date(0L);
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
sdf.setTimeZone(TimeZone.getTimeZone("UTC"));
System.out.println("时间戳0对应时间(UTC):"+sdf.format(date));
sdf.setTimeZone(TimeZone.getTimeZone("Asia/Shanghai"));
System.out.println("时间戳0对应时间(UTC+8):"+sdf.format(date));
sdf.setTimeZone(TimeZone.getTimeZone("Asia/Tokyo"));
System.out.println("时间戳0对应时间(UTC+9):"+sdf.format(date));
}
时间戳0对应时间(UTC):1970-01-01 00:00:00
时间戳0对应时间(UTC+8):1970-01-01 08:00:00
时间戳0对应时间(UTC+9):1970-01-01 09:00:00
主要步骤流程图分析
1. 正确情况流程图
Java系统时区：Asia/Shanghai(东8区)
JDBC数据库连接时区：serverTimezone=+8
MySQL全局时区：time_zone=+08:00
2. 错误情况流程图
Java系统时区：Asia/Shanghai(东8区)
JDBC数据库连接时区：serverTimezone=-5
MySQL全局时区：time_zone=+08:00
错误情况详细分析
Java写入时间到MySQL服务端环节：
Java准备写入的时间为：2022-10-15 08:00:00(UTC+8)
JDBC先转化得到Timestamp：2022-10-15 00:00:00(UTC)
注意：时间戳记录的是UTC时区的值，与UTC+8时区的2022-10-15 08:00:00是同一时间
JDBC在将Timestamp格式化为UTC-5时区（serverTimezone=-5）的时间字符串：2022-10-14 19:00:00，将字符串传给MySQL服务端
MySQL服务端认为2022-10-14 19:00:00就是MySQL全局时区time_zone=+08:00（UTC+8）时区的时间，存入。
MySQL服务端返回时间给Java环节：
MySQL服务端返回UTC+8时区的时间字符串：2022-10-14 19:00:00
JDBC误认为该时间是UTC-5时区（serverTimezone=-5）先将时间字符串转为Timestamp：2022-10-15 00:00:00(UTC)
Java将Timestamp转化为：2022-10-15 00:00:00(UTC+8)
主要步骤源码分析
① JDBC配置MySQL服务时区
如果配置了serverTimezone，则会使用serverTimezone配置的时区
如果没配置，会去取数据库中time_zone变量所配置的时区
具体方法：NativeProtocol类的configureTimezone方法
public void configureTimezone() {
String configuredTimeZoneOnServer = this.serverSession.getServerVariable("time_zone");
if ("SYSTEM".equalsIgnoreCase(configuredTimeZoneOnServer)) {
configuredTimeZoneOnServer = this.serverSession.getServerVariable("system_time_zone");
}
// 获取serverTimezone配置的时区（PropertyKey.serverTimezone=serverTimezone）
String canonicalTimezone = getPropertySet().getStringProperty(PropertyKey.serverTimezone).getValue();
if (configuredTimeZoneOnServer != null) {
// 如果没配置serverTimezone，获取数据库中time_zone变量的时区
if (canonicalTimezone == null || StringUtils.isEmptyOrWhitespaceOnly(canonicalTimezone)) {
try {
canonicalTimezone = TimeUtil.getCanonicalTimezone(configuredTimeZoneOnServer, getExceptionInterceptor());
} catch (IllegalArgumentException iae) {
throw ExceptionFactory.createException(WrongArgumentException.class, iae.getMessage(), getExceptionInterceptor());
}
}
}
if (canonicalTimezone != null && canonicalTimezone.length() > 0) {
// 设置服务时区
this.serverSession.setServerTimeZone(TimeZone.getTimeZone(canonicalTimezone));
if (!canonicalTimezone.equalsIgnoreCase("GMT") && this.serverSession.getServerTimeZone().getID().equals("GMT")) {
throw ExceptionFactory.createException(WrongArgumentException.class, Messages.getString("Connection.9", new Object[] { canonicalTimezone }),
getExceptionInterceptor());
}
}
// 设置默认时区
this.serverSession.setDefaultTimeZone(this.serverSession.getServerTimeZone());
}
JDBC创建数据库连接就是使用该时区。
如果没配置serverTimezone，获取数据库中time_zone变量的时区为CST，就会有问题，因为在java中：TimeZone.getTimeZone("CST")表示的是中央标准时间（美国标准时间）UTC-5（UTC-6）。
CST问题的源头：
public SqlTimestampValueFactory(PropertySet pset, Calendar calendar, TimeZone tz) {
super(pset);
if (calendar != null) {
this.cal = (Calendar) calendar.clone();
} else {
this.cal = Calendar.getInstance(tz, Locale.US);
this.cal.setLenient(false);
}
}
debug结果：
② Java写入时间到MySQL服务端
ClientPreparedStatement类的setTimestamp方法
@Override
public void setTimestamp(int parameterIndex, Timestamp x) throws java.sql.SQLException {
synchronized (checkClosed().getConnectionMutex()) {
((PreparedQuery<?>) this.query).getQueryBindings().setTimestamp(getCoreParameterIndex(parameterIndex), x);
}
}
ClientPreparedQueryBindings类的setTimestamp方法
public void setTimestamp(int parameterIndex, Timestamp x, Calendar targetCalendar, int fractionalLength) {
if (x == null) {
setNull(parameterIndex);
} else {
x = (Timestamp) x.clone();
if (!this.session.getServerSession().getCapabilities().serverSupportsFracSecs()
|| !this.sendFractionalSeconds.getValue() && fractionalLength == 0) {
x = TimeUtil.truncateFractionalSeconds(x);
}
if (fractionalLength < 0) {
fractionalLength = 6;
}
x = TimeUtil.adjustTimestampNanosPrecision(x, fractionalLength, !this.session.getServerSession().isServerTruncatesFracSecs());
// 将时间戳格式化为字符串时间
// this.session.getServerSession().getDefaultTimeZone() 时区（未配置serverTimezone，且数据库中time_zone变量的时区为CST时，这里就是CST时区）
this.tsdf = TimeUtil.getSimpleDateFormat(this.tsdf, "''yyyy-MM-dd HH:mm:ss", targetCalendar,
targetCalendar != null ? null : this.session.getServerSession().getDefaultTimeZone());
StringBuffer buf = new StringBuffer();
buf.append(this.tsdf.format(x));
if (this.session.getServerSession().getCapabilities().serverSupportsFracSecs()) {
buf.append('.');
buf.append(TimeUtil.formatNanos(x.getNanos(), 6));
}
buf.append('\'');
setValue(parameterIndex, buf.toString(), MysqlType.TIMESTAMP);
}
}
将时间格式化为字符串时间（根据连接的时区）。
③ MySQL服务端返回时间给Java
ResultSetImpl类的getTimestamp方法
public Timestamp getTimestamp(String columnName) throws SQLException {
return getTimestamp(findColumn(columnName));
}
public Timestamp getTimestamp(int columnIndex) throws SQLException {
checkRowPos();
checkColumnBounds(columnIndex);
return this.thisRow.getValue(columnIndex - 1, this.defaultTimestampValueFactory);
}
SqlTimestampValueFactory类的localCreateFromTimestamp方法
public Timestamp localCreateFromTimestamp(InternalTimestamp its) {
if (its.getYear() == 0 && its.getMonth() == 0 && its.getDay() == 0) {
throw new DataReadException(Messages.getString("ResultSet.InvalidZeroDate"));
}
synchronized (this.cal) {
try {
// 这里就是关键环节，this.cal是一个Calendar类，里面有时区信息（未配置serverTimezone，且数据库中time_zone变量的时区为CST时，这里就是CST时区）
this.cal.set(its.getYear(), its.getMonth() - 1, its.getDay(), its.getHours(), its.getMinutes(), its.getSeconds());
Timestamp ts = new Timestamp(this.cal.getTimeInMillis());
ts.setNanos(its.getNanos());
return ts;
} catch (IllegalArgumentException e) {
throw ExceptionFactory.createException(WrongArgumentException.class, e.getMessage(), e);
}
}
}
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