對大多數人（包括我）來說，大概都不會覺得日期時間有什麼特別的
在參加之前的 Java TWO 以前，其實我也沒有認真看待過這個東西，一直到在 Java TWO 上聽到良葛格談到這個議題
才知道～其實背後隱藏了許多魔鬼，導致這個議題事實上是個相當複雜的問題。
在開始研究如何正確地寫日期與時間相關的程式之前，先了解一下何謂時間、以及時間和曆法的關係為何。
時間與曆法
PS. 這段是我個人的理解與看法，不是標準的時間與曆法的定義。只是我個人以這種形式去理解它們而已。
在討論如何計算時間之前，必須先思考，什麼是時間？
時間是一個不會停止流逝的尺度，時間本身並沒有特定的表達方法或者意涵
因為它就只是一個像河流一樣，一直流過去的東西而已。
然而，人們在溝通中需要能夠表達過去、現在及未來
因此必須透過某個規則去定義、表示任意一個時間流上的瞬間
在古時一直流傳至今的表達方式，就是曆法。
在過去，「時間」就等於是「曆法」，都是以自然界的特定物體來定義某個時間的瞬間
例如陽曆、陰曆 [1]，各自是以太陽和月亮的位置來定義時間。
其中「陽曆」表示的是一年基本跟地球繞太陽的週期一致；「陰曆」則表示一個月基本跟月亮繞行地球的週期一致
「陰陽曆」則是同時具有陽曆與陰曆的特徵。
不過時至今日，「時間」與「曆法」開始變得不同了，因為曆法雖然沒變，但時間的定義改變了。
時間系統：GMT、UTC 和 Unix 時間
GMT（格林威治標準時間，Greenwich Mean Time）和 UTC（世界協調時間，Coordinated Universal Time）
這兩者在現代是常看到的兩種時間系統。這兩種時間系統，都是用來定義「時間」。
兩者的共同之處，就是兩者都遵循著古老的方法，都沒有自己定義自己的時間表達方法
而是直接以曆法作為時間的表達方法。
換言之，GMT 與 UTC 雖然以各自的方式去定義 1 秒的長度，但在呈現時，依然會以公曆的表達方式呈現。
至於 GMT 和 UTC 在電腦科學中，差別是什麼呢？
先講結論，簡單來說 GMT 是舊的時間系統，UTC 比 GMT 更精準
但 GMT 系統要表達時間時，因為規則跟公曆一致，因此可以毫無疑義地轉換
UTC 則因為定義上的問題，以曆法來表達時需要適時修正。
至於 Unix 時間，則是基於 UTC 時間系統發展的另一種時間系統。
這個系統的特徵是，它跟 GMT 和 UTC 不同，它自己定義了自己的時間表達方法
因此在 Unix 時間之下，可以很明確地定義出「時間」與「曆法」的差別。
因為 Unix 時間就是一大串數字，這串數字就表示時間流上的某一個瞬間
而這個瞬間對應的是公曆上的何時，就可以透過轉換來達成。
GMT（格林威治標準時間，Greenwich Mean Time）
GMT 是小時候就有教過的格林威治標準時間 [2]（又稱為世界時 [3]）
是以太陽經過格林威治子午線作為正午，並每隔一個小時將時間發佈給全世界。
這個定義跟目前習以為常的公曆 [4] 的定義基本上是一致的
因為 GMT 跟公曆都是以太陽位置為基礎的定義。
不過依照太陽的位置去判斷時間的方式存在一些問題：地球實際上是橢圓形的，而且地球自轉的速度正在減慢
這導致了在這樣的定義底下，「1 秒」的長度其實是不固定的
例如今天的 1 秒，跟 100 年前的 1 秒，長度是不一樣的。
這樣其實對人們很不方便，基本上人們比較習慣認定每個 1 秒應該都是一樣長的
因此後來改用了更精準的時間的決定方法，也就是 UTC 時間。
UTC（世界協調時間，Coordinated Universal Time）
UTC 時間中，一秒的長度定義如下：（節錄自 Wikipedia [6]）
不受外場干擾的銫-133的原子基態的兩個超精細結構能階間躍遷所對應的輻射的9,192,631,770個周期的持續時間在這個定義底下，一秒的長度已經跟地球的自轉問題脫勾，成為到目前為止是最精準表達時間的方法。
在這個時間系統底下，秒和毫秒等的時間長度都會成為固定值。
到這裡感覺 UTC 好像很美好不是嗎？但世界並不是這麼美妙的，因為時間的表示還必須對應回曆法
當前公認的曆法（格里曆 [4]）定義一天 24 小時、一小時 60 分鐘、….、一年定義為 365 天
其中一年的定義，是依照「太陽回歸週期」去定義的
太陽回歸週期，指的是太陽轉一圈後回來直射到某個點需要花費的時間
也就是說，「公曆」這個曆法依然是跟地球自轉和公轉有關的。
但 UTC 時間的定義，已經不再跟地球、太陽的位置有關聯了
這也就表示，當使用 UTC 去表達曆法上的某個瞬間時，「時間」跟「日期」的對應會慢慢錯開
亦即，以 UTC 去表示公曆上某一天的某一個瞬間，跟公曆本來認定該天的該瞬間（或者說 GMT 表達的同一個時間瞬間）
實際上是兩個不同的時間瞬間。
「國際地球自轉服務組織（IERS）」後來為了解決改制 UTC 後產生的這個問題，通過了閏秒 [5, 8] 的決定
即根據地球自轉的狀況動態決定插入閏秒。
當需要時，IERS 將在至少 6 個月前會通知未來某個時候會插入閏秒，藉以抵銷 UTC 與 GMT 的時間差距。
而這個決定同時也代表著，實際上是不可能正確預測太久以後的精確時間
因為 IERS 只約定了最少 6 個月前通知，意味著最短的狀況，6 個月後的時間有可能會跟現在相差 1 秒。
更具體一點來說，例如我想預測一年後的現在的時間，不一定會是 365 * 24 * 60 * 60 * 1000
因為它有可能會是 (365 * 24 * 60 * 60 + 1) * 1000 或者 (365 * 24 * 60 * 60 – 1) * 1000，端看 IERS 有沒有公佈需要插入閏秒。
換言之，在 UTC 的時間系統之下，雖然秒和毫秒的長度是固定的，但分鐘和大於分鐘的單位長度是不固定的
因為一分鐘有可能是 60 秒、61 秒或者 59 秒。
註：UTC 的全文是 Coordinated Universal Time，縮寫為何是 UTC 而不是 CUT 呢？
這個問題可以參考 Wikipedia [5] ，也是因為政治上的考量。
因為不同語言表示同一個句子的縮寫是不同的，但國際電信聯盟希望不同語言都以相同縮寫來表示這個時制
因此最後在遵循世界時（UT0、UT1 等）的規則下，向英、法提出的建議妥協，採用了 UTC 這個縮寫。
Unix 時間
Unix 時間（又稱 Epoch Time）[9-10] 是自 UTC 時間的 1970 年 1 月 1 日 0 點 0 分 0 秒開始計算至現在的總秒數
根據 Wikipedia 對於 Unix 時間的定義，Unix 時間是沒有閏秒的。
不過我自己看起來覺得，因為它還是會對應 UTC 時間去調整，不太懂為什麼定義是「沒有閏秒」….。
總而言之，首先，在 Unix 時間的定義當中，一天永遠都是 86,400 秒。
而根據 [10] 提到的 Unix 時間的文件定義，似乎是交由實作 Unix 時間的人自行定義。
以 NTP 協定來說，Unix 時間是透過在尾端補上其他識別符號，來識別閏秒產生的時間重複問題。
- UTC=2008-12-31T23:59:59.0 → gettimeofday() returns 1230940799.0
- UTC=2008-12-31T23:59:59.5 → gettimeofday() returns 1230940799.5
- UTC=2008-12-31T23:59:60.0 → gettimeofday() returns 1230940800.0
- UTC=2008-12-31T23:59:60.5 → gettimeofday() returns 1230940800.000001
- UTC=2009-01-01T00:00:00.0 → gettimeofday() returns 1230940800.000002
- UTC=2009-01-01T00:00:00.5 → gettimeofday() returns 1230940800.5
以上面的例子來說，本來在 2008 年 12 月 31 日有增加一個閏秒，因此 UTC 時間存存在 23 點 59 分 60 秒這個時間
反應在 Unix 時間的話，本來會造成 1230940800 這一秒
同時表達了 2008 年 12 月 31 日 23 點 59 分 60 秒、以及 2009 年 1 月 1 日 0 點 0 分 0 秒這兩個時間瞬間
但透過在最後面加上了 000001 和 000002，讓系統得以區分出這兩個時間的不同。
註：但我覺得這樣依然表示了它處理了閏秒不是嗎，而且這樣的確還是存在一天不是 86400 秒的狀況了呀 @@?
什麼是日光節約時間？
在台灣，因為近年都沒有實施過日光節約時間，也普遍沒有這類的困擾，因此對這個議題比較無感
不過通常在談到日期與時間時，大多都會談到日光節約時間 [11] 這個詞。
這個制度是代表，在實施日光節約時間的日子（通常是夏天），時間會提早一個小時。
這麼做的好處是什麼呢？例如台灣大多數冬天時是大概早上六點天才開始亮，但夏天大概四五點就開始天亮了
如果在夏天實施日光節約時間，即實施日光節約時間時的早上六點，實際上是未實施的早上五點
可以讓人們提早一個小時起床、工作等，當然也會讓人們提早一個小時去睡覺
這樣可以讓這一個小時時差產生的能源消耗減少
因為人們的時間提早進入晚上，也就是能夠利用日光照明的時間增加一小時、而使用其他能源照明的時間減少一小時。
因此，日光節約時間其實是一種夾帶了政治、經濟等因素的政策。
不過事實上，日光節約時間在現代並不見得仍然具備節約能源的效果
同時它帶來了一些額外的困擾，包括日光節約時間開始和結束時，會有某個時間不見了或多出現一次等等。
詳情可以參考 [11]。
時區
在有了時間與曆法之後，為什麼要有時區 [13]呢？
就我的認知來說，基本上是因為國際化了的關係。
在過去，各個地區和國家還沒有開始交流與溝通之前，各國自己是以自己的方式去定義時間的
每個國家的人民也都對此習以為常
但當不同地區開始串連起來（像是長途鐵路、甚至航海到其他地區），就會開始需要有個統一的時間定義
因此造就了「時區」的產生。
不過時區本身也跟日光節約時間一樣，是具有政治背景的東西
因為一個很大的國家裡，大家的時間都是不同的，其實某種程度上也會造成一些困擾
因此不同國家對於時區的定義是不同的，例如美國橫跨了四個時區，但四個時區並非依照經度線去切割的
而中國與印度則是整個國家全都屬於同一個時區。
相關資源
下篇：在 Java 中解析、表達與計算日期時間（二）：JSR-310 概述
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