前幾天，阿淼的一個朋友去面試，他回來告訴我，面試官問他 IP 地址是怎麼存在資料庫的？他當時也沒多想，直接就回答的存字串啊（心想：這麼簡單的問題，怕不是看不起我吧）
前面這段權當看看，畢竟 IP地址 本來就是一個字串，存放在資料庫作為字元穿型別，也是無可厚非的。但是，阿淼我可是一個喜歡換位思考的人，站在面試官的角度，你覺得我會問這麼一個低階的問題麼？ 那麼檔案當然是否定的。所以，面試官想知道的是你對這個問題會不會有深度思考，從此來一定程度的判斷你在平常的開發中只是一個單純的 "搬磚" 的碼農，還是一個有靈魂的 Coder 。
序言
針對這個問題，首先宣告一下，將 IP地址 以字串的形式儲存在資料庫是完全沒問題的。那麼你可能就有疑問了？既然沒問題，那你還在這裡瞎比比什麼呢？
雖然，這是一個前後矛盾的話題，但是除了存字串以外，我們還有其他的儲存方式。例如比較常用的，將 IP地址 存成 int 型的資料，這種儲存方式雖然實現起來不復雜，但是能想到該方法，也從一定程度上表明瞭你是一個善於思考，對資料底層基礎把握的比較到位。
因為一個 int 型的資料佔 4 個位元組，每個位元組 8 位，其範圍就是 0~(2^8-1)，而 ipv4地址 可以分成4段，每段的範圍是 0~255 剛剛好能存下，所以將其稍稍轉換，就巧妙的將 IP地址 用最小的空間存在了資料庫中（接下來的描述若無特殊說明，則都是指的 ipv4地址）。可能你會覺得這個小小的改變沒有什麼關係，但是當資料量越來越多的時候，15個位元組和4個位元組相差的資料量會讓你吃驚。所以在設計資料庫的時候，欄位型別用合適的，夠用就行，能省則省。
正如在《高效能MySQL 第3版》第4.1.7節時，作者建議當儲存IPv4地址時，應該使用32位的無符號整數（UNSIGNED INT）來儲存IP地址，而不是使用字串的原理一樣。
相對字串儲存，使用無符號整數來儲存有如下的好處：
- 節省空間，不管是資料儲存空間，還是索引儲存空間
- 便於使用範圍查詢（BETWEEN...AND），且效率更高
通常，在儲存IPv4地址時，一個IPv4最小需要7個字元，最大需要15個字元，所以，使用VARCHAR(15)即可。MySQL在儲存變長的字串時，還需要額外的一個位元組來儲存此字串的長度。而如果使用無符號整數來儲存，只需要4個位元組即可。另外還可以使用4個欄位分別儲存IPv4中的各部分，但是通常這不管是儲存空間和查詢效率應該都不是很高（雖然有的場景適合使用這種方式儲存）。不過使用無符號整數來儲存也有不便於閱讀和需要手動轉換的缺點。
工具類實現轉換
而要實現將IP地址儲存成 int 型儲存在資料庫中，一種是通過java程式碼中的 移位操作 和 & 計算得到相應的值：
package com.java.mmzsit;
/**
* @author ：mmzsblog
* @description：Ipv4地址的轉換
* @date ：2020/5/27 22:43
*/
public class Ipv4Covert {
public static void main(String[] args) {
String ip = "10.108.149.219";
// step1: 分解IP字串，並對應寫對位元組陣列
byte[] ip1 = ipToBytes(ip);
// step2: 對位元組陣列裡的每個位元組進行左移位處理，分別對應到整型變數的4個位元組
int ip2 = bytesToInt(ip1);
System.out.println("整型ip ----> " + ip2);
// step3: 對整型變數進行右位移處理，恢復IP字串
String ip3 = intToIp(ip2);
System.out.println("字串ip---->" + ip3);
}
/**
* 把IP地址轉化為int
* @param ipAddr
* @return int
*/
public static byte[] ipToBytesByReg(String ipAddr) {
byte[] ret = new byte[4];
try {
String[] ipArr = ipAddr.split("\\.");
ret[0] = (byte) (Integer.parseInt(ipArr[0]) & 0xFF);
ret[1] = (byte) (Integer.parseInt(ipArr[1]) & 0xFF);
ret[2] = (byte) (Integer.parseInt(ipArr[2]) & 0xFF);
ret[3] = (byte) (Integer.parseInt(ipArr[3]) & 0xFF);
return ret;
} catch (Exception e) {
throw new IllegalArgumentException(ipAddr + " is invalid IP");
}
}
/**
* 第一步，把IP地址分解為一個btye陣列
*/
public static byte[] ipToBytes(String ipAddr) {
// 初始化位元組陣列，定義長度為4
byte[] ret = new byte[4];
try {
String[] ipArr = ipAddr.split("\\.");
// 將字串陣列依次寫入位元組陣列
ret[0] = (byte) (Integer.parseInt(ipArr[0]));
ret[1] = (byte) (Integer.parseInt(ipArr[1]));
ret[2] = (byte) (Integer.parseInt(ipArr[2]));
ret[3] = (byte) (Integer.parseInt(ipArr[3]));
return ret;
} catch (Exception e) {
throw new IllegalArgumentException("invalid IP : " + ipAddr);
}
}
/**
* 根據位運算把 byte[] -> int
* 原理：將每個位元組強制轉化為8位二進位制碼，然後依次左移8位，對應到Int變數的4個位元組中
*/
public static int bytesToInt(byte[] bytes) {
// 先移位後直接強轉的同時指定位數
int addr = bytes[3] & 0xFF;
addr |= ((bytes[2] << 8) & 0xFF00);
addr |= ((bytes[1] << 16) & 0xFF0000);
addr |= ((bytes[0] << 24) & 0xFF000000);
return addr;
}
/**
* 把int->string地址
*
* @param ipInt
* @return String
*/
public static String intToIp(int ipInt) {
// 先強轉二進位制，再進行移位處理
return new StringBuilder()
// 右移3個位元組（24位），得到IP地址的第一段也就是byte[0],為了防止符號位是1也就是負數，最後再一次& 0xFF
.append(((ipInt & 0xFF000000) >> 24) & 0xFF).append('.')
.append((ipInt & 0xFF0000) >> 16).append('.')
.append((ipInt & 0xFF00) >> 8).append('.')
.append((ipInt & 0xFF))
.toString();
}
}
其實這是一種二進位制的思維，也是計算技術中廣泛採用的一種數制，雖然平時用的不多，但是熟練掌握後，有助於加強我們對機器語言的理解和提升我們的編碼水平，特別是面對資源緊張（運存）的場景時，有助於我們分析和優化問題。
資料庫函式實現轉換
另一種方式就是通過資料庫自帶的函式 INET_ATON 和 INET_NTOA 進行轉化：
mysql> SELECT INET_ATON('192.168.0.1');
+--------------------------+
| INET_ATON('192.168.0.1') |
+--------------------------+
| 3232235521 |
+--------------------------+
1 row in set
mysql> SELECT INET_NTOA(3232235521);
+-----------------------+
| INET_NTOA(3232235521) |
+-----------------------+
| 192.168.0.1 |
+-----------------------+
1 row in set
如果是 IPv6地址 的話，則使用函式 INET6_ATON 和 INET6_NTOA 進行轉化：
mysql> SELECT HEX(INET6_ATON('1030::C9B4:FF12:48AA:1A2B'));
+----------------------------------------------+
| HEX(INET6_ATON('1030::C9B4:FF12:48AA:1A2B')) |
+----------------------------------------------+
| 1030000000000000C9B4FF1248AA1A2B |
+----------------------------------------------+
1 row in set
mysql> SELECT INET6_NTOA(UNHEX('1030000000000000C9B4FF1248AA1A2B'));
+-------------------------------------------------------+
| INET6_NTOA(UNHEX('1030000000000000C9B4FF1248AA1A2B')) |
+-------------------------------------------------------+
| 1030::c9b4:ff12:48aa:1a2b |
+-------------------------------------------------------+
1 row in set
然後資料庫定義為 varbinary 型別，分配 128bits 空間（因為 ipv6採用的是128bits，16個位元組）；或者定義為 char 型別，分配 32bits 空間。
用資料庫的函式的話，只需要在 IP地址 入庫時，稍稍做一下轉換即可，方便快捷；而且到了這裡，你不覺得將 IP地址 轉換成數字儲存是一種不錯的選擇麼，畢竟資料庫都幫我們考慮到了這一點，也間接性的證明了這的確是一種可行、並且不錯的儲存方式。
參考
- 1、如何把IP地址儲存到Int型別變數中https://www.jianshu.com/p/1090044c3522
- 2、論IP地址在資料庫中應該用何種形式儲存https://www.cnblogs.com/skynet/archive/2011/01/09/1931044.html
- 3、儲存整數IP地址的MySQL效能優勢https://bafford.com/2009/03/09/mysql-performance-benefits-of-storing-integer-ip-addresses/