php二分法在IP地址查询中的应用
80652319 2017-07-21
数据库大概存储几十万条IP记录，记录集如下：
+----------+----------+------------+---------+---------+--------+--------+
| ip_begin | ip_end | country_id | prov_id | city_id | isp_id | netbar |
+----------+----------+------------+---------+---------+--------+--------+
| 0 | 16777215 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 16777216 | 33554431 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 33554432 | 50331647 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 50331648 | 67108863 | 3 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 67108864 | 67829759 | 3 | 0 | 0 | 0 | 0 |
+----------+----------+------------+---------+---------+--------+--------+
这样做查询需要用到如下SQL：
<?php
$sql = 'SELECT * FROM i_m_ip WHERE ip_begin <= $client_ip AND ip_end >= $client_ip';
?>
这样的检索显然用不到索引，即使用到，MySQL查询效率也不大可能达到每秒500次以上，我做了很多并发优化，最终平均查询效率也只有每秒200次左右，实在是头痛。一开始我也有想到借鉴纯真IP库的检索方法，但是我一直对算法有抵触，也以为二分法很难，所以就没有尝试使用，直到最后没有办法了，才最终实现了二分法的IP地址检索。
从上表可以看到IP库是从0到4294967295的一个连续数值，这个数值要是拆开存储，会有几百G的数据，所以没办法使用索引也没办法哈希。最终我使用PHP将这些东东转为二进制存储，抛弃了数据库的检索。可以看到IP起止长度为一个4字节的长整型，后面的国家ID、省份ID等，可以使用2个字节的短整型来存储，总共一行数据就有18个字节，总共31万条数据，算起来也就5M的样子。具体IP库生成代码如下：
<?php
/*
IP文件格式：
3741319168 3758096383 182 0 0 0 0
3758096384 3774873599 3 0 0 0 0
3774873600 4026531839 182 0 0 0 0
4026531840 4278190079 182 0 0 0 0
4294967040 4294967295 312 0 0 0 0
*/
set_time_limit(0);
$handle = fopen('./ip.txt', 'rb');
$fp = fopen("./ip.dat", 'ab');
if ($handle) {
while (!feof($handle)) {
$buffer = fgets($handle);
$buffer = trim($buffer);
$buffer = explode("\t", $buffer);
foreach ($buffer as $key => $value) {
$buffer[$key] = (float) trim($value);
}
$str = pack('L', $buffer[0]);
$str .= pack('L', $buffer[1]);
$str .= pack('S', $buffer[2]);
$str .= pack('S', $buffer[3]);
$str .= pack('S', $buffer[4]);
$str .= pack('S', $buffer[5]);
$str .= pack('S', $buffer[6]);
fwrite($fp, $str);
}
}
?>
这样IP就按照顺序每18字节一个单位排列了，所以很容易就使用二分法来检索出IP信息：
function getip($ip, $fp) {
fseek($fp, 0);
$begin = 0;
$end = filesize('./ip.dat');
$begin_ip = implode('', unpack('L', fread($fp, 4)));
fseek($fp, $end - 14);
$end_ip = implode('', unpack('L', fread($fp, 4)));
$begin_ip = sprintf('%u', $begin_ip);
$end_ip = sprintf('%u', $end_ip);
do {
if ($end - $begin <= 18) {
fseek($fp, $begin + 8);
$info = array();
$info[0] = implode('', unpack('S', fread($fp, 2)));
$info[1] = implode('', unpack('S', fread($fp, 2)));
$info[2] = implode('', unpack('S', fread($fp, 2)));
$info[3] = implode('', unpack('S', fread($fp, 2)));
$info[4] = implode('', unpack('S', fread($fp, 2)));
return $info;
}
$middle_seek = ceil((($end - $begin) / 18) / 2) * 18 + $begin;
fseek($fp, $middle_seek);
$middle_ip = implode('', unpack('L', fread($fp, 4)));
$middle_ip = sprintf('%u', $middle_ip);
if ($ip >= $middle_ip) {
$begin = $middle_seek;
} else {
$end = $middle_seek;
}
} while (true);
}
以上$fp为打开ip.dat的文件句柄，由于是循环检索，所以写在函数外面，免得每次检索都要打开一次文件，30W行数据二分法最多也只需要循环7次(2^7)左右即可找到准确的IP信息。之后本来还想将ip.dat放在内存中加快检索速度，后来发现，字符串定位函数的效率，根本和文件指针的偏移定位不是在一个数量级的，所以还是放弃使用内存来存放IP库。
这个实现，使IP检索效率提高了近百倍，只是一个简单的二分法的应用，从此算法在WEB应用中不重要的观念彻底打消了。其实要实现这个，我还请教了金狐，我一开始是请他帮我生成一个纯真格式的IP库，然后用Discuz的IP查询函数来检索，不过他不肯帮我，最后造就了我的这个实践和学习。有时候，求人不如求己。
