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，其重要性不言而喻，但正确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，同时考虑不同时区和夏令时变化等复杂因素。

在本指南中，我们将讨论 MongoDB 提供的一些用于有效处理日期和时间数据的工具。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井然有序。

MongoDB 的 Date 和 Timestamp 类型

MongoDB 中的 DATE 类型 可以将日期和时间值存储为一个组合单元。

在这里，左侧列表示数据类型的 BSON (二进制 JSON) 名称，第二列表示与该类型关联的 ID 号。最后一列“别名”表示 MongoDB 用于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经过的时间，而负数表示从纪元向后移动的时间。

将日期和时间数据存储为一个大整数的好处是它

• 允许 MongoDB 以毫秒精度存储日期
• 提供了日期和时间显示方式的灵活性

由于日期类型不存储时区等附加信息，因此如果相关，该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，但可以在需要时在检索时轻松转换为其他时区。

MongoDB 还提供了一个 Timestamp 类型，主要用于内部使用。

        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，因此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对时间的所有要求。

如何创建新日期

您可以通过两种不同的方式创建新的 Date 对象

• new Date(): 返回一个 Date 格式的日期和时间。
• ISODate(): 返回一个 Date 格式的日期和时间。

new Date() 和 ISODate() 方法都会生成一个包装在 ISODate() 辅助函数中的 Date 对象。

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

• Date(): 返回一个日期和时间字符串。

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、信息存储方式以及它给您的灵活性。通常，最好始终使用 Date 类型存储日期信息，然后根据需要对其进行格式化以进行输出。

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。我们使用不同的方法来填充每个对象的 date 字段

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，这些机制中的每一个都会存储当前的日期和时间。您可以通过添加 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'),
  },
])

这些将以适当的日期和时间创建一个 Date 对象。

需要注意的是，上面第一个新文档中包含的尾随 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 根据当前本地时间解释输入（尽管它始终会在内部将其转换为并存储为 UTC 日期）。

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")
}

正如预期的那样，用 ISODate() 和 new Date() 填充的 date 字段包含 Date 对象（包装在 ISODate 辅助函数中）。相反，由裸 Date() 函数调用填充的字段被存储为字符串。

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。map 检查每个 date 字段以查看它存储的对象是否是 Date 类型的实例，并在一个名为 is_a_Date_object 的新字段中显示结果。此外，我们将使用 valueOf() 方法来显示 MongoDB 实际如何存储每个 date 字段。

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 不是。

此外，上述输出显示，使用 Date 类型存储的对象被记录为有符号整数。正如预期的那样，与 1852 年日期关联的日期对象是负数，因为它从 1970 年 1 月开始倒数。

查询日期对象

如果您的集合中存在像这样混合的日期表示，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 是 Date 对象的文档，您可以键入

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")
}

要查找 date 字段以字符串形式存储的实例，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，您可以键入

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 字段并通过在该对象上调用各种方法来提取不同的组件

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

还有配套的方法可以用来通过提供不同的时间和日期组件来设置时间。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 Date 对象、格式字符串说明符和时区指示符一起调用。MongoDB 将使用格式字符串作为模板来确定如何根据时区正确偏移 UTC 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零散文档

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 提供了关于您可以用来操作 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，我们介绍了一些在 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，因为这在操作数据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。