php二分法在IP地址查詢中的應用
更新時間:2008年08月12日 13:07:06 作者:
前段時間做數(shù)據(jù)分析,需要大量的IP地址查詢(每秒鐘近萬次檢索),首先考慮到使用數(shù)據(jù)庫。
數(shù)據(jù)庫大概存儲幾十萬條IP記錄,記錄集如下:
+----------+----------+------------+---------+---------+--------+--------+
| 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 |
+----------+----------+------------+---------+---------+--------+--------+
這樣做查詢需要用到如下SQL:
<?php
$sql = 'SELECT * FROM i_m_ip WHERE ip_begin <= $client_ip AND ip_end >= $client_ip';
?>
這樣的檢索顯然用不到索引,即使用到,MySQL查詢效率也不大可能達到每秒500次以上,我做了很多并發(fā)優(yōu)化,最終平均查詢效率也只有每秒200次左右,實在是頭痛。一開始我也有想到借鑒純真IP庫的檢索方法,但是我一直對算法有抵觸,也以為二分法很難,所以就沒有嘗試使用,直到最后沒有辦法了,才最終實現(xiàn)了二分法的IP地址檢索。
從上表可以看到IP庫是從0到4294967295的一個連續(xù)數(shù)值,這個數(shù)值要是拆開存儲,會有幾百G的數(shù)據(jù),所以沒辦法使用索引也沒辦法哈希。最終我使用PHP將這些東東轉(zhuǎn)為二進制存儲,拋棄了數(shù)據(jù)庫的檢索??梢钥吹絀P起止長度為一個4字節(jié)的長整型,后面的國家ID、省份ID等,可以使用2個字節(jié)的短整型來存儲,總共一行數(shù)據(jù)就有18個字節(jié),總共31萬條數(shù)據(jù),算起來也就5M的樣子。具體IP庫生成代碼如下:
<?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, $str);
}
}
?>
這樣IP就按照順序每18字節(jié)一個單位排列了,所以很容易就使用二分法來檢索出IP信息:
function getip($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為打開ip.dat的文件句柄,由于是循環(huán)檢索,所以寫在函數(shù)外面,免得每次檢索都要打開一次文件,30W行數(shù)據(jù)二分法最多也只需要循環(huán)7次(2^7)左右即可找到準確的IP信息。之后本來還想將ip.dat放在內(nèi)存中加快檢索速度,后來發(fā)現(xiàn),字符串定位函數(shù)的效率,根本和文件指針的偏移定位不是在一個數(shù)量級的,所以還是放棄使用內(nèi)存來存放IP庫。
這個實現(xiàn),使IP檢索效率提高了近百倍,只是一個簡單的二分法的應用,從此算法在WEB應用中不重要的觀念徹底打消了。其實要實現(xiàn)這個,我還請教了金狐,我一開始是請他幫我生成一個純真格式的IP庫,然后用Discuz的IP查詢函數(shù)來檢索,不過他不肯幫我,最后造就了我的這個實踐和學習。有時候,求人不如求己。
+----------+----------+------------+---------+---------+--------+--------+
| 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 |
+----------+----------+------------+---------+---------+--------+--------+
這樣做查詢需要用到如下SQL:
<?php
$sql = 'SELECT * FROM i_m_ip WHERE ip_begin <= $client_ip AND ip_end >= $client_ip';
?>
這樣的檢索顯然用不到索引,即使用到,MySQL查詢效率也不大可能達到每秒500次以上,我做了很多并發(fā)優(yōu)化,最終平均查詢效率也只有每秒200次左右,實在是頭痛。一開始我也有想到借鑒純真IP庫的檢索方法,但是我一直對算法有抵觸,也以為二分法很難,所以就沒有嘗試使用,直到最后沒有辦法了,才最終實現(xiàn)了二分法的IP地址檢索。
從上表可以看到IP庫是從0到4294967295的一個連續(xù)數(shù)值,這個數(shù)值要是拆開存儲,會有幾百G的數(shù)據(jù),所以沒辦法使用索引也沒辦法哈希。最終我使用PHP將這些東東轉(zhuǎn)為二進制存儲,拋棄了數(shù)據(jù)庫的檢索??梢钥吹絀P起止長度為一個4字節(jié)的長整型,后面的國家ID、省份ID等,可以使用2個字節(jié)的短整型來存儲,總共一行數(shù)據(jù)就有18個字節(jié),總共31萬條數(shù)據(jù),算起來也就5M的樣子。具體IP庫生成代碼如下:
<?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, $str);
}
}
?>
這樣IP就按照順序每18字節(jié)一個單位排列了,所以很容易就使用二分法來檢索出IP信息:
function getip($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為打開ip.dat的文件句柄,由于是循環(huán)檢索,所以寫在函數(shù)外面,免得每次檢索都要打開一次文件,30W行數(shù)據(jù)二分法最多也只需要循環(huán)7次(2^7)左右即可找到準確的IP信息。之后本來還想將ip.dat放在內(nèi)存中加快檢索速度,后來發(fā)現(xiàn),字符串定位函數(shù)的效率,根本和文件指針的偏移定位不是在一個數(shù)量級的,所以還是放棄使用內(nèi)存來存放IP庫。
這個實現(xiàn),使IP檢索效率提高了近百倍,只是一個簡單的二分法的應用,從此算法在WEB應用中不重要的觀念徹底打消了。其實要實現(xiàn)這個,我還請教了金狐,我一開始是請他幫我生成一個純真格式的IP庫,然后用Discuz的IP查詢函數(shù)來檢索,不過他不肯幫我,最后造就了我的這個實踐和學習。有時候,求人不如求己。
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