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javascript关于“时间”的一次探索

发布时间:2020-08-31 13:24:12 来源:脚本之家 阅读:159 作者:KohPoll 栏目:web开发

原文对 ISO 8601 时间格式中 T 和 Z 的表述有一些错误,我已经对原文进行了一些修订,抱歉给大家造成误解。

最近使用 sequelize 过程中发现一个“奇怪”的问题,将某个时间插入到表中后,通过 sequelize 查询出来的时间和通过 mysql 命令行工具查询出来的时间不一样。非常困惑,于是研究了下,下面是学习成果。

基本概念

我们先来介绍一些可能当年在地理课上学习过的基本概念。

说起来,时间真是一个神奇的东西。以前人们通过观察太阳的位置来决定时间(比如:使用日晷),这就使得不同经纬度的地区时间是不一样的。后来人们进一步规定以子午线为中心,向东西两侧延伸,每 15 度划分一个时区,刚好是 24 个时区。然后因为一天有 24 小时,地球自转一圈是 360 度,360 度 / 24 小时 = 15 度/小时,所以每差一个时区,时间就差一个小时。

最开始的标准时间(子午线中心处的时间)是英国伦敦的皇家格林威治天文台的标准时间(因为它刚好在本初子午线经过的地方),这就是我们常说的 GMT(Greenwich Mean Time)。然后其他各个时区根据标准时间确定自己的时间,往东的时区时间晚(表示为 GMT+hh:mm)、往西的时区时间早(表示为 GMT-hh:mm)。比如,中国标准时间是东八区,我们的时间就总是比 GMT 时间晚 8 小时,他们在凌晨 1 点,我们已经是早晨 9 点了。

但是 GMT 其实是根据地球自转、公转计算的(太阳每天经过英国伦敦皇家格林威治天文台的时间为中午 12 点),不是非常准确,于是后面提出了根据原子钟计算的标准时间 UTC(Coordinated Universal Time)。

一般情况下,GMT 和 UTC 可以互换,但是实际上,GMT 是一个时区,而 UTC 是一个时间标准。

可以在这里看到所有的时区:https://www.timeanddate.com/time/map/

所以,当我们“展示”某个时间时,明确时区就变得非常重要了。不然你只说现在是 2016-01-11 19:30:00,然后不告诉我时区,我其实是没法准确知道时间的(当然,我可以认为这个时间是我所在时区的当地时间)。如果你说现在是 2016-01-11 19:30:00 GMT+0800,那我就知道这个时间是东八区的时间了。如果我在东八区,那时间就是 19:30,如果我在 GMT 时区,那时间就是 11:30(减掉 8 小时)。

JavaScript 中的“时间”

我们现在来介绍下 JavaScript 中的“时间”,包括:Date、Date.parse、Date.UTC、Date.now。

注:下面的代码示例可以在 node shell 里面运行,如果你运行的时候结果和下面的不一致,那可能咱们不在一个时区:)

Date 构造器

构造时间的方法有下面几种:

new Date();   // 当前时间
new Date(value);  // 自 1970-01-01 00:00:00 UTC 经过的毫秒数
new Date(dateString); // 时间字符串
new Date(year, month[, day[, hour[, minutes[, seconds[, milliseconds]]]]]);

需要注意的是:构造出的日期用来显示时,会被转换为本地时间(调用 toString 方法):

> new Date()
Mon Jan 11 2016 20:15:18 GMT+0800 (CST)

打印出我写这篇文章时的本地时间。后面的 GMT+0800 表示是“东八区”,CST 表示是“中国标准时间(China Standard Time)”。

有一个很“诡异”的地方是如果我们直接使用 Date,而不是 new Date,得到的将会是字符串,而不是 Date 类型的对象:

> typeof Date()
'string'
> typeof new Date()
'object'

时间字符串

我们先说最复杂的时间字符串形式。它实际上支持两种格式:一种是 RFC-2822 的标准;另一种是 ISO 8601 的标准。我们主要介绍后一种。

ISO 8601

ISO 8601的标准格式是:YYYY-MM-DDTHH:mm:ss.sssZ,分别表示:

  • YYYY:年份,0000 ~ 9999
  • MM:月份,01 ~ 12
  • DD:日,01 ~ 31
  • T:分隔日期和时间
  • HH:小时,00 ~ 24
  • mm:分钟,00 ~ 59
  • ss:秒,00 ~ 59
  • .sss:毫秒
  • Z:时区,可以是:Z(UFC)、+HH:mm、-HH:mm

这里我们主要来说下 T、以及 Z。

T

T 也可以用空格表示,但是这两种表示有点不一样,T 其实表示 UTC,而空格会被认为是本地时区(前提是不通过 Z 指定时区)。这里的表述是错误的,T 仅仅是分隔日期和时间的符号,没有其他含义。所以下面的例子其实结果是一样的。

> new Date('1970-01-01 00:00:00')
Thu Jan 01 1970 00:00:00 GMT+0800 (CST)

> new Date('1970-01-01T00:00:00')
Thu Jan 01 1970 00:00:00 GMT+0800 (CST)

这里补充一点需要注意的,时间字符串这种形式有一个特殊的逻辑:如果你不提供“时间”(也就是 T 分隔后的内容),得到的其实是 UTC 时间。比如:

> new Date('1970-01-01')
Thu Jan 01 1970 08:00:00 GMT+0800 (CST)

> new Date('1970-01-01T00:00')
Thu Jan 01 1970 00:00:00 GMT+0800 (CST)

Z

Z 用来表示传入时间的时区(zone),不指定并且没有使用 T 分隔而是使用空格分隔时,就按本地时区处理。这个说法也不严谨,指定 Z 时表示 UTC 时间,不指定时表示的是本地时间。

> new Date('1970-01-01T00:00:00')
Thu Jan 01 1970 00:00:00 GMT+0800 (CST)

> new Date('1970-01-01T00:00:00Z')
Thu Jan 01 1970 08:00:00 GMT+0800 (CST)

示例 1 是东八区时间,显示的时间和传入的时间一致(因为我本地时区是东八区)。

示例 2 指定了 Z(也就是 UTC 零时区),显示的时间会加上本地时区的偏移(8 小时)。

RFC-2822

RFC-2822 的标准格式大概是这样:Wed Mar 25 2015 09:56:24 GMT+0100。其实就是上面显示时间时使用的形式:

> new Date('Thu Jan 01 1970 00:00:00 GMT+0800 (CST)')
Thu Jan 01 1970 00:00:00 GMT+0800 (CST)

除了能表示基本信息,还可以表示星期,但是一点也不容易读,不建议使用。完整的规范可以在这里查看:https://tools.ietf.org/html/rfc2822#page-14

时间戳

Date 构造器还可以接受整数,表示想要构造的时间自 UTC 时间 1970-01-01 00:00:00 经过的毫秒数。比如下面的代码:

> new Date(1000 * 1)
Thu Jan 01 1970 08:00:01 GMT+0800 (CST)

传人 1 秒,等价于:1970-01-01 00:00:01Z,显示的时间加上了本地时区的偏移(8 小时)。

多参数

最后,Date 构造器还支持传递多个参数,这种方法就没办法指定时区了,都当做本地时间处理。比如下面的代码:

> new Date(1970, 0, 1, 0, 0, 0)
Thu Jan 01 1970 00:00:00 GMT+0800 (CST)

显示时间和传入时间一致,均是本地时间。注意:月份是从 0 开始的。

Date.parse

Date.parse 接受一个时间字符串,如果字符串能正确解析就返回自 UTC 时间 1970-01-01 00:00:00 经过的毫秒数,否则返回 NaN:

> Date.parse('1970-01-01 00:00:00')
-28800000

> new Date(Date.parse('1970-01-01 00:00:00'))
Thu Jan 01 1970 00:00:00 GMT+0800 (CST)

> Date.parse('1970-01-01T00:00:00')
0

> new Date(Date.parse('1970-01-01T00:00:00'))
Thu Jan 01 1970 08:00:00 GMT+0800 (CST)

示例 1,-28800000 换算后刚好是 8 小时表示的毫秒数,28800000 / (1000 * 60 * 60),我们传入的是本地时区时间,等于 UTC 时间的 1969-12-31 16:00:00,和 UTC 时间 1970-01-01 00:00:00 相差刚好 -8 小时。

示例 2,将 parse 后的毫秒数传递给构造器,最后显示的时间加上了本地时区的偏移(8 小时),所以结果刚好是 1970-01-01 00:00:00。

示例 3,传入的是 UTC 时区时间,所以结果为 0。

示例 4,将 parse 后的毫秒数传递给构造器,最后显示的时间加上了本地时区的偏移(8 小时),所以结果刚好是 1970-01-01 08:00:00。

Date.UTC

Date.UTC 接受的参数和 Date 构造器多参数形式一样,然后返回时间自 UTC 时间 1970-01-01 00:00:00 经过的毫秒数:

> Date.UTC(1970,0,1,0,0,0)
0

> Date.parse('1970-01-01T00:00:00')
0

> Date.parse('1970-01-01 00:00:00Z')
0

可以看出,Date.UTC 进行的是一种“绝对运算”,传入的时间就是 UTC 时间,不会转换为当地时间。

Date.now
Date.now 返回当前时间距 UTC 时间 1970-01-01 00:00:00 经过的毫秒数:

> Date.now()
1452520484343

> new Date(Date.now())
Mon Jan 11 2016 21:54:55 GMT+0800 (CST)

> new Date()
Mon Jan 11 2016 21:55:00 GMT+0800 (CST)

MySQL 中的“时间”

MySQL 中和时间相关的数据类型主要包括:YEAR、TIME、DATE、DATETIME、TIMESTAMP。

DATE、YEAR、TIME 比较简单,大概总结如下:

名称 占用字节 取值
DATE 3 字节 1000-01-01 ~ 9999-12-31
YEAR 1 字节 1901 ~ 2155
TIME 3 字节 -838:59:59 ~ 838:59:59

注:TIME 的小时范围可以这么大(超过 24 小时),是因为它还可以用来表示两个时间点之差。

DATEIME vs TIMESTAMP

我们主要来说明下 DATETIME 和 TIMESTAMP,可以做下面的总结:

名称 占用字节 取值 受 time_zone 设置影响
DATETIME 8 字节 1000-01-01 00:00:00 ~ 9999-12-31 23:59:59
TIMESTAMP 4 字节 1970-01-01 00:00:00 ~ 2038-01-19 03:14:07

第一个区别是占用字节不同,导致能表示的时间范围也不一样。

第二个区别是 DATETIME 是“常量”,保存时就是保存时的值,检索时是一样的值,不会改变;而 TIMESTAMP 则是“变量”,保存时数据库服务器将其从time_zone 时区转换为 UTC 时间后保存,检索时将其转换从 UTC 时间转换为 time_zone 时区时间后返回。

比如,我们有下面这样一张表:

CREATE TABLE `tests` (
 `id` INTEGER NOT NULL auto_increment , 
 `datetime` DATETIME, 
 `timestamp` TIMESTAMP, 
 PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB;

连接到数据库服务器后,可以执行 SHOW VARIABLES LIKE '%time_zone%' 查看当前时区设置。类似下面这样的结果:

Variable_name Value
system_time_zone CST
time_zone SYSTEM

说明我目前时区是 CST(China Standard Time),也就是东八区。

我们尝试插入下面的数据:

INSERT INTO `tests` (`id`, `datetime`, `timestamp`) VALUES (DEFAULT, '1970-01-01 00:00:00', '1970-01-01 00:00:00');

会发现有一个报错:Error Code: 1292. Incorrect datetime value: '1970-01-01 00:00:00' for column 'timestamp'。给 timestamp 这一列提供的值不对,因为我们尝试插入 1970-01-01 00:00:00 时,数据库服务器会根据 time_zone 的设置将其转换为 UTC 时间,也就是 1969-12-31 16:00:00,而这个值明显超过了 TIMESTAMP 类型的范围。

我们换个大一点的值:

INSERT INTO `tests` (`id`, `datetime`, `timestamp`) VALUES (DEFAULT, '2000-01-01 00:00:00', '2000-01-01 00:00:00');

这次就成功插入了。

再次检索时结果也是正确的(数据库服务器将值从 UTC 时间转换为 time_zone 设置的时区时间):

SELECT * FROM sample.tests;

返回:

id datetime timestamp
1 2000-01-01 00:00:00 2000-01-01 00:00:00

如果我们先将 time_zone 设置为一个不同的值后再进行检索就会发现不同的结果:

SET time_zone = '+00:00';
SELECT * FROM sample.tests;

返回:

id datetime timestamp
1 2000-01-01 00:00:00 1999-12-31 16:00:00

可以看到 datetime 列值没有受 time_zone 设置的影响,而 timestamp 列值却改变了。数据库服务器将其从 UTC 时区转换为 time_zone 时区的时间(首先 2000-01-01 00:00:00 在上面进行插入时根据 time_zone 被转换为了 1999-12-31 16:00:00,此次检索时 time_zone 被设置为 +00:00,转换回来刚好就是 1999-12-31 16:00:00)。

那这两种类型怎么选择呢?建议优先使用 DATETIME,表示范围大、不容易受服务器的设置影响。

在 JavaScript 和 MySQL 间转换

分别说明了 JavaScript 和 MySQL 中的“时间”后,我们来聊聊 ORM 框架一般都是怎么样在两者间进行正确、合适的转换来避免混乱的。下面的说明将基于 sequelize 框架来解释,主要是一种思路,其他的框架可以阅读框架提供的文档或是源码。

sequelize 实际上有一个 timezone 的配置,默认是 +00:00(http://sequelize.readthedocs.org/en/latest/api/sequelize/.)。这个 timezone 有下面的用途:

  • 建立数据库连接时,执行 SET time_zone = opts.timezone
  • MySQL 的时间类型和 JavaScript 的时间类型的互相转换

第一个用途很简单,体现在源码里就是执行一个 SQL 语句:

connection.query("SET time_zone = '" + self.sequelize.options.timezone + "'"); /* jshint ignore: line */

第二个用途主要体现在两个地方:1)在 JavaScript 中调用 ORM 方法进行插入、更新时,需要将 Date 类型转为正确的 SQL 语句;2)从 MySQL 服务器查询数据时,需要将数据库查询到的值转换为 JavaScript 中的 Date 类型。下面我们分别来看一看。

JavaScript -> MySQL

这个转换的核心代码如下:

SqlString.dateToString = function(date, timeZone, dialect) {
 if (moment.tz.zone(timeZone)) {
 date = moment(date).tz(timeZone);
 } else {
 date = moment(date).utcOffset(timeZone);
 }

 if (dialect === 'mysql' || dialect === 'mariadb') {
 return date.format('YYYY-MM-DD HH:mm:ss');
 } else {
 // ZZ here means current timezone, _not_ UTC
 return date.format('YYYY-MM-DD HH:mm:ss.SSS Z');
 }
};

代码逻辑如下:

  1. 检查 timeZone 是否存在,如果存在(存在指的是类似 America/New_York 这样的表示法),调用 tz 设置 date 的时区。
  2. 如果不存在(类似 +00:00、-07:00 这样的表示法),调用 utcOffset 设置 date 的相对 UTC 的时区偏移。
  3. 最后使用上面设置的时区偏移将其 format 成 MySQL 需要的 YYYY-MM-DD HH:mm:ss 格式。

举两个例子。

如果 timeZone 等于 +00:00,date 等于 new Date('2016-01-12 09:46:00'),到 UTC 的偏移等于 (timeZone - 本地时区) + timeZone:(00:00 - 08:00) + 00:00 = -08:00,即 2016-01-12 09:46:00-08:00,于是 format 后的结果是 2016-01-12 01:46:00。

如果 timeZone 等于 +08:00,date 等于 new Date('2016-01-12 09:46:00'),到 UTC 的偏移等于 (timeZone - 本地时区) + timeZone:(08:00 - 08:00) + 08:00 = 08:00,即 2016-01-12 09:46:00+08:00。于是 format 后的结果是 2016-01-12 09:46:00。

如果 timeZone 等于 Asia/Shanghai,结果也会是 2016-01-12 09:46:00,和 +08:00 等价。

sequelize 的 timezone 默认是 +00:00,所以,我们在 JavaScript 中的时间最后应用到数据库中都会被转换成 UTC 的时间(比实际的时间早 8 小时)。

MySQL -> JavaScript

这个转换过程实际上是更底层的 node-mysql 库来实现的。核心代码如下:

 switch (field.type) {
 case Types.TIMESTAMP:
 case Types.DATE:
 case Types.DATETIME:
 case Types.NEWDATE:
  var dateString = parser.parseLengthCodedString();
  if (dateStrings) {
  return dateString;
  }
  var dt;

  if (dateString === null) {
  return null;
  }

  var originalString = dateString;
  if (field.type === Types.DATE) {
  dateString += ' 00:00:00';
  }

  if (timeZone !== 'local') {
  dateString += ' ' + timeZone;
  }

  dt = new Date(dateString);
  if (isNaN(dt.getTime())) {
  return originalString;
  }

  return dt;
 // 更多代码...
}

处理过程大概是这样:

  1. 用 parser 将服务器返回的二进制数据解析为时间字符串
  2. 如果配置了强制返回字符串 dateStrings 而不是转换回 Date 类型,直接返回 dateString
  3. 如果字段类型是 DATE,时间字符串的时间部分统一为 00:00:00
  4. 如果配置的 timeZone 不是 local(本地时区),时间字符串加上时区信息
  5. 将时间字符串传给 Date 构造器,如果构造出的时间不合法,返回原始时间字符串,否则返回时间对象

默认情况下,sequelize 在进行连接时传递给 node-mysql 的 timeZone 是 +00:00,所以,第 4 步的时间字符串会是类似这样的值 2016-01-12 01:46:00+00:00,而这个值传递给 Date 构造器,在显示时转换回本地时区时间,就变成了 2016-01-12 09:46:00(比数据库中的时间晚 8 小时)。

一个例子

在使用 sequelize 定义模型时,其实是没有 TIMESTAMP 类型的,sequelize 只提供了一个 Sequelize.DATE 类型,生成建表语句时被转换为 DATETIME。

如果是在旧表上定义模型,而这张旧表刚好有 TIMESTAMP 类型的列,对 TIMESTAMP 类型的列定义模型时还是可以使用 Sequelize.DATE,对操作没有任何影响。但是 TIMESTAMP 是受 time_zone 设置影响的,这会引起一些困惑。下面我们来看一个例子。

sequelize 默认将 time_zone 设置为 +00:00,当我们执行下面代码时:

Test.create({
 'datetime': new Date('2016-01-10 20:07:00'),
 'timestamp': new Date('2016-01-10 20:07:00')
 });

会进行上面提到的 JavaScript 时间到 MySQL 时间字符串的转换,生成的 SQL 其实是(时间被转换为了 UTC 时间,比本地时间早了 8 小时):

INSERT INTO `tests` (`id`,`datetime`,`timestamp`) VALUES (DEFAULT,'2016-01-10 12:07:00','2016-01-10 12:07:00');

当我们执行 Test.findAll() 来查询数据时,会进行上面提到的 MySQL 时间到 JavaScript 时间的转换,其实就是返回这样的结果(显示时时间从 UTC 时间转换回了本地时间):

> new Date('2016-01-10 12:07:00+00:00')
Sun Jan 10 2016 20:07:00 GMT+0800 (CST)

和我们插入时的时间是一致的。

如果我们通过 MySQL 命令行来查询数据时,发现其实是这样的结果:

id datetime timestamp
1 2016-01-10 12:07:00 2016-01-10 20:07:00

这很好理解,因为我们数据库服务器的 time_zone 默认是东八区,TIMESTAMP 是受时区影响的,查询时被数据库服务器从 UTC 时间转换回了 time_zone 时区时间;DATETIME 不受影响,还是 UTC 时间。

如果我们先执行 SET time_zone = '+00:00',再进行查询,那结果就都会是 UTC 时间了。所以,不要以为数据出错了哦。

总结下就是,sequelize 会将本地时间转换为 UTC 时间后入库,查询时再将 UTC 时间转换为本地时间。这能达到最好的兼容性,存储总是使用 UTC 时间,展示时应用端自己转换为本地时区时间后显示。当然这个的前提是数据类型选用 DATETIME。

兼容老数据

这里要说的最后一个问题是基于旧表定义 sequelize 模型,并且表中时间值插入时没有转换为 UTC 时间(全部是东八区时间),而且 DATETIME 和 TIMESTAMP 混用,该怎么办?

在默认配置下,情况如下:

查询 DATETIME 类型数据时,时间总是会晚 8 小时。比如,数据库中某条老数据的时间是 2012-01-01 01:00:00(已经是本地时间了,因为没转换),查询时被 sequelize 转换为 new Date('2012-01-01 01:00:00+00:00'),显示时转换为本地时间 2012-01-01 09:00:00,结果显然不对。

查询 TIMESTAMP 类型数据时,时间是正确的。这是因为 TIMESTAMP 受 time_zone 影响,sequelize 默认将其设置为 +00:00,查询时数据库服务器先将时间转换到 time_zone 设置的时区时间,由于没有时区偏移,刚好查出来的就是数据库中的值。比如:2012-01-01 00:00:00(注意这个值是 UTC 时间),sequelize 将其转换为 new Date('2012-01-01 00:00:00+00:00'),显示时转换为本地时间 2012-01-01 08:00:00,刚好“侥幸”正确。

新插入的数据 sequelize 会进行上一部分说的双向转换来保证结果的正确。

维持默认配置显然导致查询 DATETIME 不准确,解决方法就是将 sequelize 的 timezone 配置为 +08:00。这样一来,情况变成下面这样:

查询 DATETIME 类型数据时,时间 2012-01-01 01:00:00 被转换为 new Date('2012-01-01 01:00:00+08:00'),显示时转换为本地时间 2012-01-01 01:00:00,结果正确。

查询 TIMESTAMP 类型数据时,由于 time_zone 被设置为了 +08:00,数据库服务器先将库中 UTC 时间 2011-01-01 00:00:00 转换到 time_zone 时区时间(加上 8 小时偏移)为 2011-01-01 08:00:00,sequelize 将其转换为 new Date('2011-01-01 08:00:00+08:00'),显示时转换为本地时间 2011-01-01 08:00:00,结果正确。

插入、更新数据时,所有 JavaScript 时间会转换为东八区时间入库。

这样带来的问题是,所有入库时间都是东八区时间,如果有其他应用的时区不是东八区,那就需要自己基于东八区时间计算偏移并转换时间后显示了。

参考资料

一不小心写的有点长了,下面列出参考资料供大家进一步学习:

http://www.timeanddate.com/time/gmt-utc-time.html
https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/Datehttps://developer.mozilla.org...
https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/Date/parse
https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/Date/UTC
http://www.ecma-international.org/ecma-262/5.1/#sec-15.9.1.15
http://www.w3schools.com/js/js_date_formats.asp
https://momentjs.com/timezone/docs/
https://sequelize.readthedocs.io/en/latest/api/sequelize/
https://github.com/mysqljs/mysql
《MySQL 技术内幕》

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持亿速云。

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