在 MongoDB 中处理日期和时间

简介

日期和时间数据通常由数据库系统管理，它极其重要，但处理起来往往比最初看起来更棘手。数据库必须能够以清晰、明确的格式存储日期和时间数据，将这些数据转换为用户友好的格式以便与客户端应用程序交互，并执行基于时间的操作，同时考虑到不同的时区和夏令时变化等复杂性。

在本指南中，我们将讨论 MongoDB 提供的一些工具，以有效处理日期和时间数据。我们将探索相关数据类型，查看运算符和方法，并介绍如何最好地使用这些工具来保持日期和时间数据的良好秩序。

MongoDB 的 Date 和 Timestamp 类型

MongoDB 中的 DATE 类型可以存储日期和时间值作为一个组合单元。

这里，左栏代表数据类型的 BSON (二进制 JSON) 名称，第二列代表与该类型关联的 ID 号。最后一列“别名”代表 MongoDB 用来表示该类型的字符串。

        Type         | Number |     Alias    |
  ------------------ | ------ | ------------ |
        Date         |    9   |     "date"   |

BSON Date 类型是一个*带符号的* 64 位整数，表示自 Unix 纪元（1970 年 1 月 1 日）以来的毫秒数。正数表示自纪元以来的时间，而负数表示从纪元倒退的时间。

将日期和时间数据存储为大整数的好处是：

• 允许 MongoDB 存储毫秒精度的日期
• 提供了日期和时间显示方式的灵活性

因为日期类型不存储诸如时区等额外信息，所以如果相关，这些上下文必须单独存储。MongoDB 内部将使用 UTC 存储日期和时间信息，但可以在检索时根据需要轻松转换为其他时区。

MongoDB 还提供了一个主要用于内部的 Timestamp 类型

        Type         | Number |     Alias    |
  ------------------ | ------ | ------------ |
      Timestamp      |   17   |  "timestamp" |

由于这主要是为了帮助协调复制和分片等内部进程而实现的，您可能不应该在自己的应用程序逻辑中使用它。日期类型通常可以满足您可能对时间提出的任何要求。

如何创建新日期

您可以通过两种不同的方式创建一个新的 Date 对象

• new Date(): 返回一个日期和时间作为 Date 对象。
• ISODate(): 返回一个日期和时间作为 Date 对象。

无论是 new Date() 还是 ISODate() 方法都生成一个被 ISODate() 辅助函数包装的 Date 对象。

此外，不带 new 构造函数地调用 Date() 函数会返回一个日期和时间字符串，而不是一个 Date 对象。

• Date(): 返回一个日期和时间作为字符串。

重要的是要记住这两种类型之间的区别，因为它会影响可用的操作、信息的存储方式以及它给您的灵活性。一般来说，几乎总是最好使用 Date 类型存储日期信息，然后根据需要格式化输出。

让我们看看这在 MongoDB shell 会话中是如何工作的。

首先，我们可以切换到一个新的临时数据库并创建三个文档，每个文档都有一个 date 字段。我们为每个对象填充 date 字段使用不同的方法

use temp_db

db.dates.insertMany([
    {
        name: "Created with `Date()`",
        date: Date(),
    },
    {
        name: "Created with `new Date()`",
        date: new Date(),
    },
    {
        name: "Created with `ISODate()`",
        date: ISODate(),
    },
])

{
    "acknowledged" : true,
    "insertedIds" : [
        ObjectId("62726af5a3dc7398b97e6e93"),
        ObjectId("62726af5a3dc7398b97e6e94"),
        ObjectId("62726af5a3dc7398b97e6e95")
    ]
}

默认情况下，这些机制都会存储当前的日期和时间。您可以通过添加一个 ISO 8601 格式的日期字符串作为参数来存储不同的日期和时间。

db.dates.insertMany([
  {
    name: 'Future date',
    date: ISODate('2040-10-28T23:58:18Z'),
  },
  {
    name: 'Past date',
    date: new Date('1852-01-15T11:25'),
  },
])

这将创建一个在适当日期和时间的 Date 对象。

需要注意的是，上面第一个新文档中包含了末尾的 Z。这表示日期和时间是以 UTC 提供的。在没有 Z 的情况下指定日期将导致 MongoDB 根据当前的本地时间解释输入（尽管它将始终在内部将其转换为 UTC 日期并存储）。

验证日期对象的类型

接下来，我们可以显示生成的文档，看看 MongoDB 如何存储日期数据

db.dates.find().pretty()

{
    "_id" : ObjectId("62726af5a3dc7398b97e6e93"),
    "name" : "Created with `Date()`",
    "date" : "Wed May 04 2022 12:00:53 GMT+0000 (UTC)"
}
{
    "_id" : ObjectId("62726af5a3dc7398b97e6e94"),
    "name" : "Created with `new Date()`",
    "date" : ISODate("2022-05-04T12:00:53.307Z")
}
{
    "_id" : ObjectId("62726af5a3dc7398b97e6e95"),
    "name" : "Created with `ISODate()`",
    "date" : ISODate("2022-05-04T12:00:53.307Z")
}
{
    "_id" : ObjectId("62728b57a3dc7398b97e6e96"),
    "name" : "Future date",
    "date" : ISODate("2040-10-28T23:58:18Z")
}
{
    "_id" : ObjectId("62728c5ca3dc7398b97e6e97"),
    "name" : "Past date",
    "date" : ISODate("1852-01-15T11:25:00Z")
}

正如所料，用 ISODate() 和 new Date() 填充的 date 字段包含 Date 对象（包裹在 ISODate 助手函数中）。相反，通过裸 Date() 函数调用填充的字段存储为字符串。

您可以通过对集合调用 map 函数来验证哪些 date 字段包含实际的 Date 对象。该 map 函数检查每个 date 字段，看它存储的对象是否是 Date 类型的一个实例，并将结果显示在一个名为 is_a_Date_object 的新字段中。此外，我们将使用 valueOf() 方法来显示每个 date 字段实际上是如何由 MongoDB 存储的

db.dates.find().map(function (date_doc) {
  date_doc['is_a_Date_object'] = date_doc.date instanceof Date
  date_doc['date_storage_value'] = date_doc.date.valueOf()
  return date_doc
})

;[
  {
    _id: ObjectId('62726af5a3dc7398b97e6e93'),
    name: 'Created with `Date()`',
    date: 'Wed May 04 2022 12:00:53 GMT+0000 (UTC)',
    is_a_Date_object: false,
    date_storage_value: 'Wed May 04 2022 12:00:53 GMT+0000 (UTC)',
  },
  {
    _id: ObjectId('62726af5a3dc7398b97e6e94'),
    name: 'Created with `new Date()`',
    date: ISODate('2022-05-04T12:00:53.307Z'),
    is_a_Date_object: true,
    date_storage_value: 1651665653307,
  },
  {
    _id: ObjectId('62726af5a3dc7398b97e6e95'),
    name: 'Created with `ISODate()`',
    date: ISODate('2022-05-04T12:00:53.307Z'),
    is_a_Date_object: true,
    date_storage_value: 1651665653307,
  },
  {
    _id: ObjectId('62728b57a3dc7398b97e6e96'),
    name: 'Future date',
    date: ISODate('2040-10-28T23:58:18Z'),
    is_a_Date_object: true,
    date_storage_value: 2235081498000,
  },
  {
    _id: ObjectId('62728c5ca3dc7398b97e6e97'),
    name: 'Past date',
    date: ISODate('1852-01-15T11:25:00Z'),
    is_a_Date_object: true,
    date_storage_value: -3722502900000,
  },
]

这证实了显示为 ISODATE(...) 的字段是 Date 类型的实例，而使用裸 Date() 函数创建的 date 则不是。

此外，上述输出显示，用 Date 类型存储的对象记录为有符号整数。正如所料，与 1852 年日期相关的日期对象是负数，因为它从 1970 年 1 月开始倒数。

查询日期对象

如果您的集合中有混合表示的日期，您可以使用 $type 运算符查询具有匹配类型的字段。

例如，要查询所有 date 字段是 Date 对象的文档，您可以输入

db.dates
  .find({
    date: { $type: 'date' },
  })
  .pretty()

{
    "_id" : ObjectId("62726af5a3dc7398b97e6e94"),
    "name" : "Created with `new Date()`",
    "date" : ISODate("2022-05-04T12:00:53.307Z")
}
{
    "_id" : ObjectId("62726af5a3dc7398b97e6e95"),
    "name" : "Created with `ISODate()`",
    "date" : ISODate("2022-05-04T12:00:53.307Z")
}
{
    "_id" : ObjectId("62728b57a3dc7398b97e6e96"),
    "name" : "Future date",
    "date" : ISODate("2040-10-28T23:58:18Z")
}
{
    "_id" : ObjectId("62728c5ca3dc7398b97e6e97"),
    "name" : "Past date",
    "date" : ISODate("1852-01-15T11:25:00Z")
}

若要查找 date 字段存储为字符串的实例，请键入

db.dates
  .find({
    date: { $type: 'string' },
  })
  .pretty()

{
    "_id" : ObjectId("62726af5a3dc7398b97e6e93"),
    "name" : "Created with `Date()`",
    "date" : "Wed May 04 2022 12:00:53 GMT+0000 (UTC)"
}

Date 类型允许您执行理解时间单位之间关系的查询。

例如，您可以像处理其他类型一样，按序比较 Date 对象。要检查将来的日期，您可以输入

db.dates
  .find({
    date: {
      $gt: new Date(),
    },
  })
  .pretty()

{
    "_id" : ObjectId("62728b57a3dc7398b97e6e96"),
    "name" : "Future date",
    "date" : ISODate("2040-10-28T23:58:18Z")
}

如何使用 Date 类型方法

您可以使用各种内置方法和运算符对 Date 对象进行操作。例如，您可以从日期中提取不同的日期和时间组件，并以多种不同格式打印。

演示可能是展示此功能的最快方式。

首先，让我们从一个包含日期对象的文档中选择日期

date_obj = db.dates.findOne({ name: 'Future date' }).date

现在，我们可以选择 date 字段，并通过调用对象的各种方法从中提取不同的组件

date_obj.getUTCFullYear()
date_obj.getUTCMonth()
date_obj.getUTCDate()
date_obj.getUTCHours()
date_obj.getUTCMinutes()
date_obj.getUTCSeconds()

2040 // year
9 // month
28 // date
23 // hour
58 // minutes
18 // seconds

还有一些伴随方法可以用来设置时间，通过提供不同的时间和日期组件。例如，您可以通过调用 .setUTCFullYear() 方法来更改年份。

date_obj.toString()
date_obj.setUTCFullYear(2028)
date_obj.toString()
date_obj.setUTCFullYear(2040)

Sun Oct 28 2040 23:58:18 GMT+0000 (UTC)
1856390298000  // integer stored for the new date value
Sat Oct 28 2028 23:58:18 GMT+0000 (UTC)
2235081498000  // integer stored for the restored date value

我们还可以将日期转换为不同的显示格式。

date_obj.toDateString()
date_obj.toUTCString()
date_obj.toISOString()
date_obj.toLocaleDateString()
date_obj.toLocaleTimeString()
date_obj.toString()
date_obj.toTimeString()

Sun Oct 28 2040                          // .toDateString()
Sun, 28 Oct 2040 23:58:18 GMT            // .toUTCString()
2040-10-28T23:58:18.000Z                 // .toISOString()
10/28/2040                               // .toLocaleDateString()
23:58:18                                 // .toLocaleTimeString()
Sun Oct 28 2040 23:58:18 GMT+0000 (UTC)  // .toString()
23:58:18 GMT+0000 (UTC)                  // .toTimeString()

这些主要都是与 JavaScript 的 Date 类型相关的方法。

如何使用 MongoDB Date 聚合函数

MongoDB 还提供了一些可以操作日期的其他函数。一个有用的例子是 $dateToString() 聚合函数。您可以将 $dateToString() 与一个 Date 对象、一个格式字符串说明符和一个时区指示符一起调用。MongoDB 将使用格式字符串作为模板，根据提供的时区正确偏移输出，以确定如何输出给定的 Date 对象。

在这里，我们将使用任意字符串格式化 dates 集合中的日期。我们还将日期转换为纽约时区。

首先，我们需要删除任何可能将 date 字段保存为字符串的无关文档。

db.dates.deleteMany({ date: { $type: 'string' } })

现在我们可以使用 $dateToString 函数运行聚合

db.dates
  .aggregate([
    {
      $project: {
        _id: 0,
        date: '$date',
        my_date: {
          $dateToString: {
            date: '$date',
            format:
              'Day %d of Month %m (Day %j of year %Y) at %H hours, %M minutes, and %S seconds (timezone offset: %z)',
            timezone: 'America/New_York',
          },
        },
      },
    },
  ])
  .pretty()

{
    "date" : ISODate("2022-05-04T12:00:53.307Z"),
    "my_date" : "Day 04 of Month 05 (Day 124 of year 2022) at 08 hours, 00 minutes, and 53 seconds (timezone offset: -0400)"
}
{
    "date" : ISODate("2022-05-04T12:00:53.307Z"),
    "my_date" : "Day 04 of Month 05 (Day 124 of year 2022) at 08 hours, 00 minutes, and 53 seconds (timezone offset: -0400)"
}
{
    "date" : ISODate("2040-10-28T23:58:18Z"),
    "my_date" : "Day 28 of Month 10 (Day 302 of year 2040) at 19 hours, 58 minutes, and 18 seconds (timezone offset: -0400)"
}
{
    "date" : ISODate("1852-01-15T11:25:00Z"),
    "my_date" : "Day 15 of Month 01 (Day 015 of year 1852) at 06 hours, 28 minutes, and 58 seconds (timezone offset: -0456)"
}

$dateToParts() 函数同样有用。它可以用来将 Date 字段分解为其组成部分。

例如，我们可以输入

db.dates.aggregate([
  {
    $project: {
      _id: 0,
      date: {
        $dateToParts: { date: '$date' },
      },
    },
  },
])

{ "date" : { "year" : 2022, "month" : 5, "day" : 4, "hour" : 12, "minute" : 0, "second" : 53, "millisecond" : 307 } }
{ "date" : { "year" : 2022, "month" : 5, "day" : 4, "hour" : 12, "minute" : 0, "second" : 53, "millisecond" : 307 } }
{ "date" : { "year" : 2040, "month" : 10, "day" : 28, "hour" : 23, "minute" : 58, "second" : 18, "millisecond" : 0 } }
{ "date" : { "year" : 1852, "month" : 1, "day" : 15, "hour" : 11, "minute" : 25, "second" : 0, "millisecond" : 0 } }

MongoDB 聚合函数文档中提供了有关可用于操作 Date 对象以进行显示或比较的其他函数的信息。

结论

在本指南中，我们介绍了在 MongoDB 中处理日期和时间数据的不同方式。大多数时间数据可能应该存储在 MongoDB 的 Date 数据类型中，因为这在操作或显示数据时提供了很大的灵活性。

熟悉日期和时间数据在内部的存储方式，如何在输出时将其强制转换为所需的格式，以及如何比较、修改和将数据分解为有用的块，可以帮助您解决许多不同的问题。虽然日期信息可能难以处理，但利用可用的方法和运算符可以帮助减轻一些繁重的工作。