深入SQL Server 日期和时间的内部存储

在SQL Server的内部存储中,日期和时间不是以字符串的形式存储的,而是使用整数来存储的。使用特定的格式来区分日期部分和时间部分的偏移量,并通过基准日期和基准时间来还原真实的数据。

一,DateTime的内部存储

SQL Server存储引擎把DateTime类型存储为2个int32类型,共8个字节,第一个int32 整数(前4个字节)存储的是日期相对于基准日期(1900-01-01)的偏移量。基准日期是1900-01-01,当前4 字节为0 时,表示的日期是1900 年1 月1 日。第二个int32整数(后4个字节)存储的是午夜(00:00:00.000)之后的时钟滴答数,每个滴答为1⁄300秒,精确度为3.33毫秒(0.00333秒,3.33ms),因此,DateTime能够表示的时间,可能会存在一个滴答的时间误差。

DateTime的内部存储格式,用十六进制表示是:DDDDTTTT

  • DDDD:占用2个字节,表示对基准日期的偏移量
  • TTTT:占用两个字节,表示对午夜之后的始终滴答数

举个例子,对于如下的日期和时间,把DateTime类型转换为大小为8个字节的16进制,每两个数字对应1个字节:

declare @dt datetime = '2015-05-07 10:05:23.187'
select convert(varbinary(8), @dt) as date_time_binary
--output 0x0000A49100A6463C

1,拆分出date和time

把时间的二进制格式中的字节拆分成两部分:前4个字节表示date,后4个字节表示time,得出的结果如下:

declare @dt datetime = '2015-05-07 10:05:23.187'

select substring(convert(varbinary(8), @dt), 1, 4) as date_binary,
   cast(substring(convert(varbinary(8), @dt), 1, 4) as int) as date_int,
   substring(convert(varbinary(8), @dt), 5, 4) as time_binary,
   cast(substring(convert(varbinary(8), @dt), 5, 4) as int) as time_int;

 2,通过偏移量还原日期和时间

通过基准时间和偏移量,把整数还原为原始的日期和时间:

declare @Time time='00:00:00.000'
declare @Date date='1900-01-01'

select dateadd(day, 42129, @Date) as originl_date
    , dateadd(ms,10896956*10/3, @Time) as original_time

二,DateTime2的内部存储

DateTime2(n)数据类型存储日期和时间,它是DateTime的升级版本,由于小数秒n的精度可以自主设置,其存储大小(Storage Size)不固定,DateTime2(n)占用的存储空间和小数秒的精度之间的关系是:

  • DateTime2(n)内部存储的第一个字节存储精度n,后续的字节用于存储日期和时间的值。
  • 当小数秒的精度 n < 3 时,总的存储空间是1B(精度)+6 B(数据);
  • 当小数秒的精度 n 是 3 - 4 时,总的存储空间是1B(精度)+ 7B(数据);
  • 当小数秒的精度 n 是 5 - 7 时,总的存储空间是1B(精度)+ 8B(数据),最大的小数秒精度是7,默认值是7;

1,二进制逆序

在探索DateTime2(n)的内部存储之前,先了解一下字节存储的“小端”格式和“大端”格式:

  • 大端格式:是指数据的低位保存在内存的高地址中,而数据的高位,保存在内存的低地址中;
  • 小端格式:是指数据的低位保存在内存的低地址中,而数据的高位保存在内存的高地址中。

举个例子,假如内存地址左边是地位,右边是高位,对于数字275,使用两个字节来存储:

  • 如果采用大端格式:字节序列是0x0113
  • 如果采用小端格式:字节序列是0x1301

DateTime2(n)的内部存储格式使用的是小端格式,这种格式适合CPU的运算。

2,DateTime2的存储格式

DateTime2(n)的内部存储格式是:

  • 第一字节存储的精度n,
  • 后三个字节记录从基准日期0001-01-01之后的多少天,采用小端格式。
  • 中间余下的字节记录子夜之后经过的时间单位间隔(time unit interval,TUI)的数量,采用小端格式。

TUI是由精度来控制的,每一个TUI是10的n次方之一秒,也就是:

  • 对于 DateTime2(7),TUI是100ns;
  • 对于 DateTime2(6),TUI是1微秒(=1000ns);
  • 对于 DateTime2(5),TUI是10微秒;
  • 对于 DateTime2(4),TUI是100微秒;
  • 对于 DateTime2(3),TUI是1ms(1毫秒=1000微秒);

为了便于运算,把DateTime2(n) 的字节流逆序排列:前3个字节表示的是天数,最后一个字节表示的是精度,中间余下的字节表示的TUI的数量。例如,对于 DateTime2(7)按照字节流逆序处理之后,存储空间是9个字节:前三个字节是存储的从基准日期0001-01-01之后的多少天,最后一位是精度n,中间的5个字节表示从子夜开始有多少个TUI。

2,把DateTime2转换为二进制存储

把DateTime2转换为二进制存储,并作逆序处理,DateTime2(3)的精度为3,存储空间是8个字节,后三个字节记录从基准日期0001-01-01之后的多少天,前3个字节表示从子夜开始有多少个TUI。

declare @dt datetime2(3)='2015-05-07 10:05:23.187'
declare @dt_bi varbinary(max)=convert(varbinary(max), @dt) 
select @dt_bi as date_time_binary
    ,convert(varbinary(max),reverse(@dt_bi)) as reverse_binary

把二进制值拆分成DateTime2(3)的各个组成成分:

declare @dt datetime2(3)='2015-05-07 10:05:23.187'
declare @dt_bi varbinary(max)=convert(varbinary(max), @dt) 
declare @dt_bi_littleEnd varbinary(max)
select @dt_bi_littleEnd=convert(varbinary(max),reverse(@dt_bi))

select substring(convert(varbinary(8), @dt_bi_littleEnd), 1, 3) as date_binary,
   cast(substring(convert(varbinary(8), @dt_bi_littleEnd), 1, 3) as int) as date_int,
   substring(convert(varbinary(8), @dt_bi_littleEnd), 4, 4) as time_binary,
   cast(substring(convert(varbinary(8), @dt_bi_littleEnd), 4, 4) as int) as time_int,
   substring(convert(varbinary(8), @dt_bi_littleEnd), 8, 1) as precision_binary,
   cast(substring(convert(varbinary(8), @dt_bi_littleEnd), 8, 1) as int) as precision_int;

3,利用偏移量和基准还原原始值

有了偏移量,就可以在基准日期和时间之上加上偏移量来获得原始值:

declare @Time time='00:00:00.000'
declare @Date date='0001-01-01'

select dateadd(day, 735724, @Date) as originl_date
    , dateadd(ms,36323187, @Time) as original_time

 

 

 

参考文档:

What is the SQL Server 2008 DateTime2 Internal Structure?

How to Get SQL Server Dates and Times Horribly Wrong

作者悦光阴
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posted @ 2019-12-04 08:38  悦光阴  阅读(2516)  评论(0编辑  收藏  举报