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使用Redis有序集合實現(xiàn)IP歸屬地查詢詳解

更新時間：2019年04月16日 11:01:29 作者：yongxinz

這篇文章主要介紹了使用Redis有序集合實現(xiàn)IP歸屬地查詢，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

工作中經(jīng)常遇到一類需求，根據(jù) IP 地址段來查找 IP 對應(yīng)的歸屬地信息。如果把查詢過程放到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，會帶來很大的 IO 消耗，速度也不能滿足，顯然是不合適的。

那有哪些更好的辦法呢？為此做了一些嘗試，下面來詳細(xì)說明。

構(gòu)建索引文件

在 GitHub 上看到一個ip2region 項目，作者通過生成一個包含有二級索引的文件來實現(xiàn)快速查詢，查詢速度足夠快，毫秒級別。但如果想更新地址段或歸屬地信息，每次都要重新生成文件，并不是很方便。
不過還是推薦大家看看這個項目，其中建索引的思想還是很值得學(xué)習(xí)的。作者的開源項目中只有查詢的相關(guān)代碼，并沒有生成索引文件的代碼，我依照原理圖寫了一段生成索引文件的代碼，如下：

# -*- coding:utf-8 -*-


import time
import socket
import struct

IP_REGION_FILE = './data/ip_to_region.db'

SUPER_BLOCK_LENGTH = 8
INDEX_BLOCK_LENGTH = 12
HEADER_INDEX_LENGTH = 8192


def generate_db_file():
  pointer = SUPER_BLOCK_LENGTH + HEADER_INDEX_LENGTH

  region, index = '', ''

  # 文件格式
  # 1.0.0.0|1.0.0.255|澳大利亞|0|0|0|0
  # 1.0.1.0|1.0.3.255|中國|0|福建省|福州市|電信
  with open('./ip.merge.txt', 'r') as f:
    for line in f.readlines():
      item = line.strip().split('|')
      print item[0], item[1], item[2], item[3], item[4], item[5], item[6]
      start_ip = struct.pack('I', struct.unpack('!L', socket.inet_aton(item[0]))[0])
      end_ip = struct.pack('I', struct.unpack('!L', socket.inet_aton(item[1]))[0])
      region_item = '|'.join([item[2], item[3], item[4], item[5], item[6]])
      region += region_item

      ptr = struct.pack('I', int(bin(len(region_item))[2:].zfill(8) + bin(pointer)[2:].zfill(24), 2))
      index += start_ip + end_ip + ptr
      pointer += len(region_item)

  index_start_ptr = pointer
  index_end_ptr = pointer + len(index) - 12
  super_block = struct.pack('I', index_start_ptr) + struct.pack('I', index_end_ptr)

  n = 0
  header_index = ''
  for index_block in range(pointer, index_end_ptr, 8184):
    header_index_block_ip = index[n * 8184:n * 8184 + 4]
    header_index_block_ptr = index_block
    header_index += header_index_block_ip + struct.pack('I', header_index_block_ptr)

    n += 1

  header_index += index[len(index) - 12: len(index) - 8] + struct.pack('I', index_end_ptr)

  with open(IP_REGION_FILE, 'wb') as f:
    f.write(super_block)
    f.write(header_index)
    f.seek(SUPER_BLOCK_LENGTH + HEADER_INDEX_LENGTH, 0)
    f.write(region)
    f.write(index)


if __name__ == '__main__':
  start_time = time.time()
  generate_db_file()

  print 'cost time: ', time.time() - start_time

使用 Redis 緩存

目前有兩種方式對 IP 以及歸屬地信息進(jìn)行緩存：

第一種是將起始 IP，結(jié)束 IP 以及中間所有 IP 轉(zhuǎn)換成整型，然后以字符串方式，用轉(zhuǎn)換后的 IP 作為 key，歸屬地信息作為 value 存入 Redis；

第二種是采用有序集合和散列方式，首先將起始 IP 和結(jié)束 IP 添加到有序集合 ip2cityid，城市 ID 作為成員，轉(zhuǎn)換后的 IP 作為分值，然后再將城市 ID 和歸屬地信息添加到散列 cityid2city，城市 ID 作為 key，歸屬地信息作為 value。

第一種方式就不多做介紹了，簡單粗暴，非常不推薦。查詢速度當(dāng)然很快，毫秒級別，但缺點也十分明顯，我用 1000 條數(shù)據(jù)做了測試，緩存時間長，大概 20 分鐘，占用空間大，將近 1G。

下面介紹第二種方式，直接看代碼：

# generate_to_redis.py
# -*- coding:utf-8 -*-

import time
import json
from redis import Redis


def ip_to_num(x):
  return sum([256 ** j * int(i) for j, i in enumerate(x.split('.')[::-1])])


# 連接 Redis
conn = Redis(host='127.0.0.1', port=6379, db=10)

start_time = time.time()

# 文件格式
# 1.0.0.0|1.0.0.255|澳大利亞|0|0|0|0
# 1.0.1.0|1.0.3.255|中國|0|福建省|福州市|電信
with open('./ip.merge.txt', 'r') as f:
  i = 1
  for line in f.readlines():
    item = line.strip().split('|')
    # 將起始 IP 和結(jié)束 IP 添加到有序集合 ip2cityid
    # 成員分別是城市 ID 和 ID + #, 分值是根據(jù) IP 計算的整數(shù)值
    conn.zadd('ip2cityid', str(i), ip_to_num(item[0]), str(i) + '#', ip_to_num(item[1]) + 1)
    # 將城市信息添加到散列 cityid2city，key 是城市 ID，值是城市信息的 json 序列
    conn.hset('cityid2city', str(i), json.dumps([item[2], item[3], item[4], item[5]]))

    i += 1

end_time = time.time()

print 'start_time: ' + str(start_time) + ', end_time: ' + str(end_time) + ', cost time: ' + str(end_time - start_time)

# test.py
# -*- coding:utf-8 -*-

import sys
import time
import json
import socket
import struct
from redis import Redis

# 連接 Redis
conn = Redis(host='127.0.0.1', port=6379, db=10)

# 將 IP 轉(zhuǎn)換成整數(shù)
ip = struct.unpack("!L", socket.inet_aton(sys.argv[1]))[0]

start_time = time.time()
# 將有序集合從大到小排序，取小于輸入 IP 值的第一條數(shù)據(jù)
cityid = conn.zrevrangebyscore('ip2cityid', ip, 0, start=0, num=1)
# 如果返回 cityid 是空，或者匹配到了 # 號，說明沒有找到對應(yīng)地址段
if not cityid or cityid[0].endswith('#'):
  print 'no city info...'
else:
  # 根據(jù)城市 ID 到散列表取出城市信息
  ret = json.loads(conn.hget('cityid2city', cityid[0]))
  print ret[0], ret[1], ret[2]

end_time = time.time()
print 'start_time: ' + str(start_time) + ', end_time: ' + str(end_time) + ', cost time: ' + str(end_time - start_time)

# python generate_to_redis.py 
start_time: 1554300310.31, end_time: 1554300425.65, cost time: 115.333260059

# python test_2.py 1.0.16.0
日本 0 0
start_time: 1555081532.44, end_time: 1555081532.45, cost time: 0.000912189483643

測試數(shù)據(jù)大概 50 萬條，緩存所用時間不到 2 分鐘，占用內(nèi)存 182M，查詢速度毫秒級別。顯而易見，這種方式更值得嘗試。

zrevrangebyscore 方法的時間復(fù)雜度是 O(log(N)+M)， N 為有序集的基數(shù)， M 為結(jié)果集的基數(shù)?？梢姰?dāng) N 的值越大，查詢效率越慢，具體在多大的數(shù)據(jù)量還可以高效查詢，這個有待驗證。不過這個問題我覺得并不用擔(dān)心，遇到了再說吧。

以上所述是小編給大家介紹的使用Redis有序集合實現(xiàn)IP歸屬地查詢詳解整合，希望對大家有所幫助，如果大家有任何疑問請給我留言，小編會及時回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對腳本之家網(wǎng)站的支持！

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