深入SQL Server 日期和时间的内部存储

2023-01-02 09:53:10

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

码农公寓

一，DateTime的内部存储

二，DateTime2的内部存储

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