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1969年，貝爾實驗室的大神Ken Thompson的老婆休假，帶著兒子回娘家，時間長達三周。

趁這段時間，他決定開發(fā)一個操作系統(tǒng)：Unix。

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

因為他意識到有個非常重大的問題，必須馬上解決。

這個問題就是：如何在Unix中表示日期和時間？

這個問題非常重要，因為日期和時間管理對于任何操作系統(tǒng)來說都是關(guān)鍵功能，包括文件時間戳、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字符串來表示，例如：

1970-09-17 00:00:30.751

有年月日，時分秒，還有細粒度的微妙，并且可讀性非常強。

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

原因很簡單：

(1) 存儲效率低下

字符串需要占用大量的空間，處理起來也更復雜

(2) 計算復雜性讀比較高

比如要計算兩個時間的差值，需要先解析字符串，然后進行更復雜的日期和時間計算。

解決辦法

正當Ken一籌莫展之際，Dennis Ritchie端著咖啡走了過來：“兄臺，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，這確實是一個問題，得有一個簡潔易用的，符合Unix設(shè)計原則的方案....”

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

聰明異常的Ken立刻秒懂，眼睛發(fā)光：“對，先確定一個開始時間（紀元），然后這個整數(shù)表示從紀元開始到當前時間流逝的秒數(shù)！”

Dennis說：“這個紀元可以設(shè)定為：1970年1月1日00:00:00，那個時候Unix肯定發(fā)布了?！?/span>

如果這個整數(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 紀元時間）。

用一個整數(shù)來表示時間戳，有幾個主要的優(yōu)勢：

(1) 簡化

通過將日期和時間表示為一個單一的整數(shù)，可以大大簡化日期和時間的計算。例如，計算兩個日期之間的差異就只需要對兩個整數(shù)進行減法運算。

(2) 便于存儲和處理

整數(shù)易于存儲（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時間戳可以在不同的操作系統(tǒng)和平臺之間輕松地進行交換和比較。

(4) 全球統(tǒng)一

Unix時間戳是從同一時刻（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)一的時間表示方式。

問題出現(xiàn)

當然，Unix時間戳也有其限制。例如，它不能很好地處理閏秒，而且直接查看Unix時間戳并不能很好地理解當前的日期和時間。

在上世紀六七十年代，電腦主要還是16位的，Ken Thompson把Unix時間戳確定為32位整數(shù)，他覺得已經(jīng)夠大了，再說了誰會知道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，它的很多概念對整個計算機科學和軟件開發(fā)領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠的影響，包括時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的時候，也是采用了32位的整數(shù)來記錄時間戳。

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

下面這個動圖展示了整數(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290億年后的時間，不知道那個時候地球還是否存在？

大概是從Linux 5.6版本開始，Linux內(nèi)核開始全面支持64位時間戳的系統(tǒng)調(diào)用，但是升級了內(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)器軟件通常會定期進行升級，打補丁，但是嵌入式軟件一旦隨著硬件發(fā)布出去，就很少更改，很可能會運行到2038年。

尾聲

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

Date內(nèi)部實際上存儲的就是一個長整型的數(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古怪的日期呢？

后記：Ken Thompson和Dennis Ritchie一起確定Unix紀元時間的故事是我杜撰的，大家了解下Unix紀元時間就好，不要當真。

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