Date and Calendar in Java

3 분 소요

0. 들어가면서

요즘 시간에 예민한 어플리케이션을 개발하면서 시간 도메인에 대해 공부하는 중 입니다. 이전 포스트에선 프론트엔드에서 시간을 다루는 방법에 대해 정리하였습니다. 이번 포스트에선 JDK 8 버전 전에 사용하던 날짜, 시간과 관련 API 기능들과 몇 가지 문제점들에 대해 살펴보려고 합니다.

1. java.util.Date

JDK 1.0부터 사용한 시간, 날짜 관련 클래스입니다. 이전 버전과 호환성을 위해 계속 제공하는 것 같지만, 현재 대부분의 기능이 더 이상 사용되지 않습니다. Calendar 클래스의 기능으로 대부분 대체되었습니다.

내부적으로 UNIX 시간을 관리합니다.
- GMT 1970년 1월 1일 0시 0분 0초를 기준으로 지난 시간을 ms(밀리 세컨드)로 측정한 값입니다.
Date 클래스는 UTC 시간을 반영하지만, JVM 호스트 환경에 따라 정확하지 않을 수 있습니다.
- 윤초(leap second) 계산이 정확하게 이뤄지지 않습니다.
시간을 문자열로 변경하거나 문자열을 시간으로 파싱(parsing)할 수 있습니다.
내부적으로 로컬 타임존에 따라 시간이 계산됩니다.
메소드 대부분이 deprecated 되었습니다.
- https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/Date.html

2. Pain Points of Date Class

Date 클래스는 다음과 같은 문제점들을 가지고 있습니다.

2.1. Thread Not Safe

해당 테스트 코드는 항상 성공하지 않습니다.
Date 객체는 동시성에 취약합니다.
- 캡슐화 실패로 Date 객체 내부에서 관리하는 UNIX 시간을 외부에서 변경할 수 있습니다.
객체의 멤버 변수로 사용하는 것은 위험합니다.

    @Test
    @DisplayName("Date 객체는 다중 스레드에 의해 변경되는 경우 정상적인 값을 얻지 못한다.")
    void date_instance_is_not_thread_safe() {

        final Date date = new Date();
        
        long unixTime = date.getTime();

        List<CompletableFuture> tasks = new ArrayList<>();
        tasks.add(CompletableFuture.runAsync(() -> {
            for (int index = 0; index < 100; index++) {
                date.setTime(date.getTime() - 1);
            }
        }));
        tasks.add(CompletableFuture.runAsync(() -> {
            for (int index = 0; index < 100; index++) {
                date.setTime(date.getTime() + 1);
            }
        }));
        tasks.stream().forEach(task -> task.join());


        assertThat(unixTime, equalTo(date.getTime()));
    }

2.2. Year starts based on 1900

생성자에 년도 파라미터에 122 값을 전달하면 2022년이 반환됩니다.
코드 내부를 확인하지 않으면 년도를 1900에 더해서 사용한다는 사실을 모릅니다.

    @Test
    @DisplayName("Date 의 년도는 1900을 기준으로 더하거나 빼서 사용한다.")
    void year_of_date_starts_based_on_1900() {

        Date date = new Date(122, 10, 14, 4, 30, 00);
        SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");


        assertThat(simpleDateFormat.format(date), equalTo("2022-11-14 04:30:00"));
    }

2.2. Month starts from zero

1월의 값은 0부터 시작하여 12월의 값은 11 입니다.

    @Test
    @DisplayName("Date 의 달(month)은 0부터 시작이다.")
    void month_of_date_starts_from_zero() {

        Date date = new Date(122, 11, 14, 4, 30, 00);
        SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");


        assertThat(simpleDateFormat.format(date), equalTo("2022-12-14 04:30:00"));
    }

3. java.util.Calendar

JDK 1.1에 생긴 시간, 날짜 관련 추상 클래스입니다. 추상 클래스이므로 생성자가 아닌 팩토리 메소드 패턴이 적용된 getInstance 메소드를 사용해 객체를 생성합니다.

내부적으로 UNIX 시간을 관리합니다.
지역에 따라 적절한 구현체를 getInstance 메소드를 통해 생성합니다.
- 사용하는 언어에 맞는 적절한 날짜 포맷 제공 (ex, Japanese-Gregorian, Japanese-Traditional)
- BuddhistCalendar 클래스 - 불교력으로 캄보디아, 라오스 미얀마, 인도, 태국 등에서 사용하는 달력 체계를 지원
- JapaneseImperialCalendar 클래스 - 일본 황실력
- GregorianCalendar 클래스 - 전 세계적으로 통용되는 태양력
타임존(timezone)을 지원합니다.

4. Pain Points of Calendar Class

Calendar 클래스는 다음과 같은 문제점들을 가지고 있습니다.

4.1. Thread Not Safe

해당 테스트 코드는 항상 성공하지 않습니다.
Calendar 객체는 동시성에 취약합니다.
- 캡슐화 실패로 Calendar 객체 내부에서 관리하는 UNIX 시간을 외부에서 변경할 수 있습니다.
객체의 멤버 변수로 사용하는 것은 위험합니다.

    @Test
    @DisplayName("Calendar 객체는 다중 스레드에 의해 변경되는 경우 정상적인 값을 얻지 못한다.")
    void calendar_instance_is_not_thread_safe() {

        Calendar calendar = Calendar.getInstance();

        long unixTime = calendar.getTimeInMillis();

        List<CompletableFuture> tasks = new ArrayList<>();
        tasks.add(CompletableFuture.runAsync(() -> {
            for (int index = 0; index < 100; index++) {
                calendar.setTimeInMillis(calendar.getTimeInMillis() - 1);
            }
        }));
        tasks.add(CompletableFuture.runAsync(() -> {
            for (int index = 0; index < 100; index++) {
                calendar.setTimeInMillis(calendar.getTimeInMillis() + 1);
            }
        }));
        tasks.stream().forEach(task -> task.join());


        assertThat(unixTime, equalTo(calendar.getTimeInMillis()));
    }

4.2. Integer Constants

정수로 정의된 상수를 사용합니다.
- DATE의 정수 값은 5 입니다.
- THURSDAY의 정수 값은 5 입니다.
같은 상수 값을 사용하는 경우엔 컴파일 시점에 에러를 잡지 못 합니다.
아래 코드는 일 기준으로 1일을 더하고, 목요일 기준으로 1일을 더하는 로직으로 보입니다.
실제로 일(date) 기준으로 2일이 더해진 값이 반환됩니다.

    @Test
    @DisplayName("Calendar 클래스는 무분별한 정수형 상수들을 제공하기 때문에 코드가 직관적이지 않다.")
    void calendar_class_provides_too_many_integer_constants() {

        Calendar calendar = Calendar.getInstance();
        calendar.set(2022, 10, 15);


        calendar.add(Calendar.DATE, 1);
        calendar.add(Calendar.THURSDAY, 1);


        assertThat(calendar.get(Calendar.DATE), equalTo(17));
    }

4.3. Month starts from zero

Date 클래스의 0부터 달을 지정하는 방식을 유지하였습니다.
코드는 10월 객체를 생성한 것 같지만, 실제로 11월 객체를 생성합니다.

    @Test
    @DisplayName("Calendar 클래스는 월 지정을 0부터 시작한다.")
    void calendar_class_starts_zero_when_setup_month() {

        Calendar calendar = Calendar.getInstance();
        calendar.set(2022, 10, 15);

        SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");

        assertThat(simpleDateFormat.format(calendar.getTimeInMillis()), equalTo("2022-11-15"));
    }

4.4. Do not throw exception setting timezone

타임존을 지정할 때 잘못된 값을 사용해도 에러가 발생하지 않습니다.
- 존재하지 않는 Seoul/Asia 타임존 ID를 지정하면 GMT를 사용합니다.

    @Test
    @DisplayName("Calendar 클래스는 타임 존 지정 시 오류가 나지 않는다.")
    void calendar_class_do_not_throw_exception_when_setup_timezone() {

        Calendar calendar = Calendar.getInstance();
        calendar.setTimeZone(TimeZone.getTimeZone("Seoul/Asia"));


        assertThat(calendar.getTimeZone(), equalTo(TimeZone.getTimeZone("GMT")));
    }

3. java.time Packages since JDK 8

JDK 8이 릴리즈되기 전엔 기본으로 제공되는 날짜, 시간 API 기능을 대체할 수 있는 라이브러리를 사용했다고 합니다.

JDK 8부터 날짜와 시간과 관련된 API 기능들이 많이 개선되었고, 관련된 클래스들은 java.time 패키지에 위치합니다.

java.time.chrono
- ISO-8601에 정의된 표준 달력 이외의 달력 시스템을 사용할 때 필요한 클래스들
java.time.format
- 날짜와 시간에 대한 데이터를 구문분석하고 형식화하는 데 사용되는 클래스들
java.time.temporal
- 날짜와 시간에 대한 데이터를 연산하는 데 사용되는 보조 클래스들
java.time.zone
- 타임 존(time-zone)과 관련된 클래스들

TEST CODE REPOSITORY

https://github.com/Junhyunny/blog-in-action/tree/master/2022-11-15-date-and-calendar-in-java

REFERENCE

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2.1. Thread Not Safe

2.2. Year starts based on 1900

2.2. Month starts from zero

3. java.util.Calendar

4. Pain Points of Calendar Class

4.1. Thread Not Safe

4.2. Integer Constants

4.3. Month starts from zero

4.4. Do not throw exception setting timezone

3. java.time Packages since JDK 8

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4.1. Thread Not Safe

4.2. Integer Constants

4.3. Month starts from zero

4.4. Do not throw exception setting timezone

3. java.time Packages since JDK 8

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