谨慎 mongodb 关于数字操作可能导致类型及精度变化
1.问题描述
最近有一个需求，更新Mongo数据库中 原料 集合的某字段价格，更新后，程序报错了，说长度过长了，需要Truncation。
主要错误信息如下：
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FormatException: An error occurred while deserializing the XXXXXXXPrice property of class XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX: Truncation resulted in data loss.
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调试发现，价格这个数据来自于SQL Server数据库，是decimal(18,4)，数据落到Mongodb中也是Decimal类型。DBA通过Mongodb客户端工具更新后，更新的文档中的价格字段由Decimal类型变成了Double类型。
此时问题就出现了：
（1）：Double类型为15位，原来小数点后面是四位小数，现在不一定了。
（2）：精确度变化，导致部分数据失真。
问题出现，我们有必要认认真真学习总结下MongoDB中的数字类型以及其余mongo shell等常见客户端工具。
在MongoDB中，关于数值的类型有：
Type Alias Notes
Double “double”
32-bit integer “int”
64-bit integer “long”
Decimal128 “decimal” New in version 3.4
2. 数字默认为double 类型
mongo shell 客户端默认将数字看成浮点数。
例如，
db.testnumber.find({t1:12345})
查看新插入的数据，
可以看到，数字变成了Double 类型。
上面的数据插入是在mongo shell 中 验证的，其实在 nosqlbooster 工具 中，默认也是将数字当成double类型。
3 NumberLong 类型
如果想保留为int类型（64-bit integer），需要显式地通过封装函数NumberLong()，其接受的参数应为string类型。
例如，插入一笔数据
db.testnumber.insertOne( { _id: 10, calc: NumberLong("2090845886852") } )
查看插入的数据
mongo shell 客户端查询，显式如下：
我们再来验证下通过mongo shell 工具如何对这一类型进行更新的：
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db.collection.updateOne( { _id: 10 },
{ $set: { calc: NumberLong("25555550") } } )
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显式指定 封装函数NumberLong()。
查看更新后的数据，
我们再来验证下 long 类型上的 $inc 操作（$inc操作符将一个字段的值增加或者减少指定的数值）
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db.testnumber.updateOne( { _id: 10 },
... { $inc: { calc: NumberLong(5) } } )
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更新后，查询
上面的例子中，显式地指定了Int64 类型（通过NumberLong（）函数），执行前后都是Int64。如果不指定呢？不指定就是默认的Double类型。
继续测试，在原来的基础上再加5.
db.testnumber.updateOne( { _id: 10 },
... { $inc: { calc: 5 } } )
查看显示，
数值的类型由Int64 变成了 Double 类型。
4.32-bit integer （int） 类型
和64-bit integer（long）差不多，不同的是，其转换函数由NumberLong（）变成了 NumberInt() ，其接受的参数，也当成string类型来处理。
例如：
db.testnumber.insert({ts:NumberInt("246")})
查看插入的数据：
数据类型为Int32.
5.NumberDecimal
Decimal 这个数据类型是在Mongo 3.4 才开始引入的。新增Decimal数值类型主要是为了记录、处理货币数据 ，例如 财经数据、税率数据等。有时候，一些科学计算也采用Decimal类型。
因为mongo shell默认将数字当成double类型，所以也是需要显式的转换函数NumberDecimal()，其接受参数是string值。
例如：
db.testnumber.insert({ts:NumberDecimal("1000.55")})
查询显示：
我们前面，强调说，参数接受类型是string，如何是数字（默认是double类型）也可以，但是有精度丢失的风险，会把数字变成15位（小数点不计算在内）。
例如
db.testnumber.insert({ts:NumberDecimal(1000.88)})
查看
{ "_id" : ObjectId("5d5a38fa3e8964310aa46f83"), "ts" : NumberDecimal("1000.88000000000") }
再插入一笔
db.testnumber.insert({ts:NumberDecimal(1000000000.88)})
查询这一笔数据
{ "_id" : ObjectId("5d5a39103e8964310aa46f84"), "ts" : NumberDecimal("1000000000.88000") }
再插入一笔
db.testnumber.insert({ts:NumberDecimal(10000000000000.88)})
查询变成了
{ "_id" : ObjectId("5d5a3e343e8964310aa46f86"), "ts" : NumberDecimal("10000000000000.9") }
再如
需要注意的是：如果将数字类型数据作为参数传递给NumberDecimal()，只能出现在mongo shell工具中，在其他工具中可能报错。
例如在工具 nosqlbooster 中就报错。
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{
"message" : "NumberDecimal param must be string.",
"stack" : "script:1:29"
}
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测试案例如下：
6.mongo shell 操作Decima类型
如果在mongo shell 操作Decimal，需特别小心，其数据类型和精度有可能变化。
Case 1
Decimal 类型 + Decimal 类型
Case 2
Decimal 类型 + long 类型
Case 3
Decimal 类型+ Int 类型
Case 4
Decimal 类型 + 数值 类型，即加数是默认的Double类型
Case 5
如果将两个Decimal字段相减，会是什么样子呢？我们先在mongo shell 段进行测试。
测试数据：
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{ "_id" : ObjectId("5d5a50ebbd9dcf1c9b374e11"), "ts1" : NumberDecimal("32222.21111"), "ts2" : NumberDecimal("11222.21111"), "tst" : NumberDecimal("2211.11111") }
{ "_id" : ObjectId("5d5a50f5bd9dcf1c9b374e12"), "ts1" : NumberDecimal("22222.21111"), "ts2" : NumberDecimal("22222.21111"), "tst" : NumberDecimal("11111.11111") }
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相减操作，将tst字段设置为ts1 和 ts2的差值。
db.testnumber.find({}).forEach(function(item){ item.tst = item.ts1 - item.ts2 ;db.testnumber.save(item) })
查询相减后的结果:
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{ "_id" : ObjectId("5d5a50ebbd9dcf1c9b374e11"), "ts1" : NumberDecimal("32222.21111"), "ts2" : NumberDecimal("11222.21111"), "tst" : NaN }
{ "_id" : ObjectId("5d5a50f5bd9dcf1c9b374e12"), "ts1" : NumberDecimal("22222.21111"), "ts2" : NumberDecimal("22222.21111"), "tst" : NaN }
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此时出现了NAN类型。
NaN （not a number）属性代表一个“不是数字”的值。这个特殊的值是因为运算不能执行而导致的，不能执行的原因要么是因为其中的运算对象之一非数字（例如， "abc" / 4），要么是因为运算的结果非数字（例如，除数为零）。
虽然 NaN 意味着“不是数字”，但是它的类型是 Number
Case 6
相加（+）操作，在mongo shell 中验证：
db.testnumber.find({}).forEach(function(item){ item.tst = item.ts1 + item.ts2 ;db.testnumber.save(item) })
此时类似string拼凑。
Case 7
相减操作如果发生在其他客户端工具，例如 nosqlbooster 工具，效果怎么样呢？
执行相减命令
db.testnumber.find({}).forEach(function(item){ item.tst = item.ts1 - item.ts2 ;db.testnumber.save(item) })
结果截图
可知：在客户端工具 nosqlbooster 中，两个Decimal类型数据的差值是Double类型。
Case 8
在工具nosqlbooster 上执行相加的命令
db.testnumber.find({}).forEach(function(item){ item.tst = item.ts1 + item.ts2 ;db.testnumber.save(item) })
查询结果
在客户端工具 nosqlbooster 中，两个Decimal类型数据的 和 也是Double类型。
Case 7、Case 8表明 在 客户端工具 nosqlbooster 中 ，加减两个decimal类型数据，其结果变成了Double类型。这不是我们想要的结果，极端情况，数字精确度还会变化。
Case 9
最后，我们看一个数据失真的Case
准备测试数据
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db.testnumber.insert({ ts1 : NumberDecimal("1747.872"),ts2 : NumberDecimal("51.408"),tst : NumberDecimal("123"))})
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执行更新（在nosqlbooster 执行的）
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db.testnumber.find({}).forEach(function(item){ item.tst = item.ts1 - item.ts2 ;db.testnumber.save(item) })
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更新后的数据
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{ "_id" : ObjectId("5d5b922744b6e6393c6c7693"), "ts1" : NumberDecimal("1747.872"), "ts2" : NumberDecimal("51.408"), "tst" : 1696.4640000000002 }
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tst 字段，变成了Double类型，且计算后的结果是不准确的。
7.保持Decimal 字段类型及精度的尝试
那么有没有其他写法，可以保证更新前后数据类型不变并且不会失真呢？
7.1先寻找保持数据类型不变的方法
如果是 nosqlbooster 工具，将要更新的字段保留为NumberDecimal，其操作命令如下：
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db.testnumber.find({}).forEach(function(item){ db.testnumber.update({"_id":item._id},{$set:{"tst":NumberDecimal(String(item.ts1 - item.ts2))}})})
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查看更新的结果
但是这个命令是不可以在 mongo shell 段执行的，测试如下：
在mongo shell执行如下命令：
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db.testnumber.find({}).forEach(function(item){ db.testnumber.update({"_id":item._id},{$set:{"tst":NumberDecimal(String(item.ts1 - item.ts2))}})})
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更新结果如下：
上面的数据类型虽然是Decimal，但是数字是NAN。所以不能更新执行。
7.2 数据不失真问题
还是使用上面第6 部分的Case 数据。
测试前的数据
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db.testnumber.insert({ ts1 : NumberDecimal("1747.872"),ts2 : NumberDecimal("51.408"),tst : NumberDecimal("123"))})
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执行更新（在nosqlbooster 执行的）
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db.testnumber.find({}).forEach(function(item){ db.testnumber.update({"_id":item._id},{$set:{"tst":NumberDecimal(String(item.ts1 - item.ts2))}})})
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更新后的数据
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{ "_id" : ObjectId("5d5b922744b6e6393c6c7693"), "ts1" : NumberDecimal("1747.872"), "ts2" : NumberDecimal("51.408"), "tst" : NumberDecimal("1696.4640000000002") }
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tst 字段，已经变成了Decimal类型，但计算后的结果是不准确的。
我们在开篇讲过，原来的数据都是保存了Decimal（18,4）的格式，所以，如果在mongo 命令上添加四舍五入的函数 toFixed(n) , n为要保留的小数位数。
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db.testnumber.find({}).forEach(function(item){ db.testnumber.update({"_id":item._id},{$set:{"tst":NumberDecimal(String((item.ts1 - item.ts2).toFixed(4)))}})})
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查询结果
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{ "_id" : ObjectId("5d5b922744b6e6393c6c7693"), "ts1" : NumberDecimal("1747.872"), "ts2" : NumberDecimal("51.408"), "tst" : NumberDecimal("1696.4640") }
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这个结果才是我们真正想要的结果。
8.不同数字类型下的比较 查询
测试案例所需数据
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db.testnumno.insert({ "_id" : 1, "val" : NumberDecimal( "9.99" ), "description" : "Decimal" })
db.testnumno.insert({ "_id" : 2, "val" : 9.99, "description" : "Double" })
db.testnumno.insert({ "_id" : 3, "val" : 10, "description" : "Double" })
db.testnumno.insert({ "_id" : 4, "val" : NumberLong(10), "description" : "Long" })
db.testnumno.insert({ "_id" : 5, "val" : NumberDecimal( "10.0" ), "description" : "Decimal" })
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Case 1
执行查询
db.testnumno.find({ "val": 9.99 })
返回结果
{ "_id" : 2, "val" : 9.99, "description" : "Double" }
直接输入数字，默认是Double类型，在算法表示上 double 类型的9.99 和 Decimal 类型的9.99 是不相等的。查询结果只有一条数据。
Case 2
执行查询
db.testnumno.find({ "val": NumberDecimal( "9.99" ) })
返回结果
{ "_id" : 1, "val" : NumberDecimal("9.99"), "description" : "Decimal" }
返回一条结果的原因和Case 1 相同。
Case 3
执行查询
db.testnumno.find({ val: 10 })
返回结果
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{ "_id" : 3, "val" : 10, "description" : "Double" }
{ "_id" : 4, "val" : NumberLong(10), "description" : "Long" }
{ "_id" : 5, "val" : NumberDecimal("10.0"), "description" : "Decimal" }
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Case 4
执行查询
db.testnumno.find({ val: NumberDecimal( "10" ) })
返回结果
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{ "_id" : 3, "val" : 10, "description" : "Double" }
{ "_id" : 4, "val" : NumberLong(10), "description" : "Long" }
{ "_id" : 5, "val" : NumberDecimal("10.0"), "description" : "Decimal" }
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Case 5
执行查询
db.testnumno.find({ val: NumberDecimal( "10.0" ) })
返回结果
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{ "_id" : 3, "val" : 10, "description" : "Double" }
{ "_id" : 4, "val" : NumberLong(10), "description" : "Long" }
{ "_id" : 5, "val" : NumberDecimal("10.0"), "description" : "Decimal" }
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Case 3、Case 4 、Case 5 表明，在表达整数时，doubel 、Decimal 、Long 三者在算法表达上相等。
以上 5 个Case 在Mongo shell、nosqlbooster 演示结果一样。
参考文献：
https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.double?redirectedfrom=MSDN&view=netframework-4.8
https://docs.mongodb.com/manual/core/shell-types/
https://docs.mongodb.com/manual/reference/operator/query/type/index.html
https://www.jianshu.com/p/6b51adc05203
https://stackoverflow.com/questions/5314238/how-do-i-set-the-serialization-options-for-the-geo-values-using-the-official-10g
https://www.213.name/archives/1147
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