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1969年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的大神Ken Thompson的老婆休假，帶著兒子回娘家，時(shí)間長達(dá)三周。

趁這段時(shí)間，他決定開發(fā)一個(gè)操作系統(tǒng)：Unix。

正在如火如荼地敲代碼的時(shí)候，Ken突然卡殼了，這是一件非同尋常的事情，之前的開發(fā)都是一帆風(fēng)順，行云流水的。

因?yàn)樗庾R(shí)到有個(gè)非常重大的問題，必須馬上解決。

這個(gè)問題就是：如何在Unix中表示日期和時(shí)間？

這個(gè)問題非常重要，因?yàn)槿掌诤蜁r(shí)間管理對(duì)于任何操作系統(tǒng)來說都是關(guān)鍵功能，包括文件時(shí)間戳、程序調(diào)度、日志記錄等。

最容易想到，也是最簡單的辦法就是用一個(gè)字符串來表示，例如：

1970-09-17 00:00:30.751

有年月日，時(shí)分秒，還有細(xì)粒度的微妙，并且可讀性非常強(qiáng)。

但是這種方式明顯不符合Unix的設(shè)計(jì)原則：簡潔，一致性，易于使用。

原因很簡單：

(1) 存儲(chǔ)效率低下

字符串需要占用大量的空間，處理起來也更復(fù)雜

(2) 計(jì)算復(fù)雜性讀比較高

比如要計(jì)算兩個(gè)時(shí)間的差值，需要先解析字符串，然后進(jìn)行更復(fù)雜的日期和時(shí)間計(jì)算。

解決辦法

正當(dāng)Ken一籌莫展之際，Dennis Ritchie端著咖啡走了過來：“兄臺(tái)，遇到什么事情了？”

Ken把問題的來龍去脈講了一遍。

Dennis沉吟道：“嗯，這確實(shí)是一個(gè)問題，得有一個(gè)簡潔易用的，符合Unix設(shè)計(jì)原則的方案....”

突然，Dennis一拍大腿：“用一個(gè)整數(shù)來表示日期和時(shí)間怎么樣？”

聰明異常的Ken立刻秒懂，眼睛發(fā)光：“對(duì)，先確定一個(gè)開始時(shí)間（紀(jì)元），然后這個(gè)整數(shù)表示從紀(jì)元開始到當(dāng)前時(shí)間流逝的秒數(shù)！”

Dennis說：“這個(gè)紀(jì)元可以設(shè)定為：1970年1月1日00:00:00，那個(gè)時(shí)候Unix肯定發(fā)布了。”

如果這個(gè)整數(shù)是：1631280731，那就表示 2021-09-10 13:45:31 UTC

Ken Thompson決定把這種方式成為Unix Epoch Time（Unix 紀(jì)元時(shí)間）。

用一個(gè)整數(shù)來表示時(shí)間戳，有幾個(gè)主要的優(yōu)勢(shì)：

(1) 簡化

通過將日期和時(shí)間表示為一個(gè)單一的整數(shù)，可以大大簡化日期和時(shí)間的計(jì)算。例如，計(jì)算兩個(gè)日期之間的差異就只需要對(duì)兩個(gè)整數(shù)進(jìn)行減法運(yùn)算。

(2) 便于存儲(chǔ)和處理

整數(shù)易于存儲(chǔ)（占用的空間較少）且便于在各種編程語言中處理。

(3) 兼容性

Unix時(shí)間戳可以在不同的操作系統(tǒng)和平臺(tái)之間輕松地進(jìn)行交換和比較。

(4) 全球統(tǒng)一

Unix時(shí)間戳是從同一時(shí)刻（1970年1月1日00:00:00 UTC）開始的，所以它提供了一種在全球范圍內(nèi)統(tǒng)一的時(shí)間表示方式。

問題出現(xiàn)

當(dāng)然，Unix時(shí)間戳也有其限制。例如，它不能很好地處理閏秒，而且直接查看Unix時(shí)間戳并不能很好地理解當(dāng)前的日期和時(shí)間。

在上世紀(jì)六七十年代，電腦主要還是16位的，Ken Thompson把Unix時(shí)間戳確定為32位整數(shù)，他覺得已經(jīng)夠大了，再說了誰會(huì)知道Unix操作系統(tǒng)能用多久呢？

讓人想不到的是Unix一直存活了下來，它的很多概念對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)和軟件開發(fā)領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，包括時(shí)間和日期的處理方式。類Unix的開源操作系統(tǒng)Linux繼承了Unix的衣缽，甚至統(tǒng)治了服務(wù)器端的OS市場。

開發(fā)Linux的時(shí)候，也是采用了32位的整數(shù)來記錄時(shí)間戳。

現(xiàn)在一個(gè)大問題來了，32位的有符號(hào)整數(shù)最大值是2147483647 ，只能讓我們用到2038年1月19號(hào) 03:14:07 UTC 

下面這個(gè)動(dòng)圖展示了整數(shù)溢出以后的效果：

這被稱為Y2K38問題。

解決方案也非常簡單，就像IPV6一樣，用128位IP，可以給地球上每一粒沙子都賦予一個(gè)IP地址，并且還有大量剩余。

Unix Epoch time 可以把32位的整數(shù)變成64位。

使用64位整數(shù)，可以表示到接近290億年后的時(shí)間，不知道那個(gè)時(shí)候地球還是否存在？

大概是從Linux 5.6版本開始，Linux內(nèi)核開始全面支持64位時(shí)間戳的系統(tǒng)調(diào)用，但是升級(jí)了內(nèi)核以后，并不意味著完事大吉，應(yīng)用程序和庫在編寫的時(shí)候如果使用了time_t類型（早期是32位的），現(xiàn)在需要改成64位整數(shù)，然后重新編譯，要不然依然會(huì)產(chǎn)生溢出問題。

嵌入式系統(tǒng)最有可能受到Y(jié)2K38問題的影響，一般的服務(wù)器軟件通常會(huì)定期進(jìn)行升級(jí)，打補(bǔ)丁，但是嵌入式軟件一旦隨著硬件發(fā)布出去，就很少更改，很可能會(huì)運(yùn)行到2038年。

尾聲

在Unix Epoch Time確定下來30年后，一個(gè)準(zhǔn)備轉(zhuǎn)行Java程序員的年輕人打開了Java 的Date類。

Date內(nèi)部實(shí)際上存儲(chǔ)的就是一個(gè)長整型的數(shù)（long），它表示的是自1970年1月1日 00:00:00 （即Unix Epoch時(shí)間）以來的毫秒數(shù)。

他覺得非常奇怪：為什么是1970年1月1日 00:00:00呢？是誰確定了這么一個(gè)古怪的日期呢？

后記：Ken Thompson和Dennis Ritchie一起確定Unix紀(jì)元時(shí)間的故事是我杜撰的，大家了解下Unix紀(jì)元時(shí)間就好，不要當(dāng)真。

本文作者劉欣，著有暢銷書《碼農(nóng)翻身》，《半小時(shí)漫畫計(jì)算機(jī)》，前IBM架構(gòu)師，領(lǐng)導(dǎo)過多個(gè)企業(yè)應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計(jì)和開發(fā)工作；洞察技術(shù)本質(zhì)，擅長用故事去講解復(fù)雜技術(shù)。