最新IP資料庫 儲存優化 查詢效能優化 每秒解析上千萬

曾祥展發表於2018-04-13
資料庫優化

高效能IP資料庫格式詳解

每秒解析1000多萬ip  qqzeng-ip-ultimate.dat 3.0版

編碼：UTF8     位元組序：Little-Endian

返回規範欄位（如：亞洲|中國|香港|九龍|油尖旺|新世界電訊|810200|Hong Kong|HK|114.17495|22.327115）

------------------------ 檔案結構  -------------------------
// 檔案頭 4位元組
[IP段數量]

// 字首區 8位元組(4-4) 256*8
[索引區start第幾個][索引區end第幾個]


// 索引區 8位元組(4-3-1) ip段行數x8
[結束IP數字][地區流位置][流長度]

// 內容區 長度無限制
[地區資訊][地區資訊]……唯一不重複

------------------------ 檔案結構 ---------------------------

優勢：壓縮形式將資料儲存在記憶體中，通過減少將相同資料讀取到記憶體的次數來減少I/O.
          較高的壓縮率通過使用更小的記憶體中空間提高查詢效能。
          字首區為作為縮小查詢範圍,索引區和內容區長度一樣,
          解析出來一次性載入到陣列中,查詢效能提高3-5倍！

壓縮：原版txt為38.5M,生成dat結構為3.68M 。
          和上一版本2.0不同的是索引區去掉了[開始IP數字]4位元組,節省多1-2M。
          3.0版本只適用[全球版]，條件為ip段區間連續且覆蓋所有IPV4。
          2.0版本適用[全球版][國內版][國外版]

效能：每秒解析1000多萬ip 

建立：qqzeng-ip 於 2018-04-08

 

效能測試   ( CPU i7-7700K + DDR2400 16G + win10 X64 )

查詢【3.0】記憶體優化版 3414萬ip->3.318秒 每秒1028.93309222423萬次
查詢【3.0】記憶體優化版 4439萬ip->4.199秒 每秒1057.1564658252萬次
查詢【3.0】記憶體優化版 4056萬ip->3.821秒 每秒1061.50222454855萬次
查詢【3.0】記憶體優化版 1781萬ip->1.68秒 每秒1060.11904761905萬次
查詢【3.0】記憶體優化版 3862萬ip->3.66秒 每秒1055.1912568306萬次
查詢【3.0】記憶體優化版 3479萬ip->3.31秒 每秒1051.05740181269萬次
查詢【3.0】記憶體優化版 2892萬ip->2.713秒 每秒1065.97862145227萬次
查詢【3.0】記憶體優化版 3484萬ip->3.263秒 每秒1067.72908366534萬次
查詢【3.0】記憶體優化版 2699萬ip->2.548秒 每秒1059.26216640502萬次
查詢【3.0】記憶體優化版 88萬ip->0.087秒 每秒1011.49425287356萬次
查詢【3.0】記憶體優化版 161萬ip->0.153秒 每秒1052.28758169935萬次
查詢【3.0】記憶體優化版 91萬ip->0.088秒 每秒1034.09090909091萬次
查詢【3.0】記憶體優化版 42萬ip->0.041秒 每秒1024.39024390244萬次
查詢【3.0】記憶體優化版 159萬ip->0.152秒 每秒1046.05263157895萬次
查詢【3.0】記憶體優化版 88萬ip->0.084秒 每秒1047.61904761905萬次
查詢【3.0】記憶體優化版 123萬ip->0.118秒 每秒1042.37288135593萬次
查詢【3.0】記憶體優化版 106萬ip->0.101秒 每秒1049.50495049505萬次
查詢【3.0】記憶體優化版 61萬ip->0.059秒 每秒1033.89830508475萬次
查詢【3.0】記憶體優化版 177萬ip->0.169秒 每秒1047.33727810651萬次
查詢【3.0】記憶體優化版 106萬ip->0.101秒 每秒1049.50495049505萬次

查詢【3.0】普通優化版 1464萬ip->3.408秒 每秒429.577464788732萬次
查詢【3.0】普通優化版 352萬ip->0.803秒 每秒438.356164383562萬次
查詢【3.0】普通優化版 1357萬ip->3.042秒 每秒446.088099934254萬次
查詢【3.0】普通優化版 184萬ip->0.43秒 每秒427.906976744186萬次
查詢【3.0】普通優化版 752萬ip->1.697秒 每秒443.134944018857萬次
查詢【3.0】普通優化版 1795萬ip->4.032秒 每秒445.188492063492萬次
查詢【3.0】普通優化版 1823萬ip->4.076秒 每秒447.252208047105萬次
查詢【3.0】普通優化版 723萬ip->1.622秒 每秒445.745992601726萬次
查詢【3.0】普通優化版 136萬ip->0.319秒 每秒426.332288401254萬次
查詢【3.0】普通優化版 334萬ip->0.756秒 每秒441.798941798942萬次
查詢【3.0】普通優化版 636萬ip->1.435秒 每秒443.205574912892萬次
查詢【3.0】普通優化版 701萬ip->1.578秒 每秒444.233206590621萬次
查詢【3.0】普通優化版 1807萬ip->4.07秒 每秒443.980343980344萬次
查詢【3.0】普通優化版 489萬ip->1.105秒 每秒442.533936651584萬次

 

 

隨機生成 IP

 RNGCryptoServiceProvider rngCsp = new RNGCryptoServiceProvider();
 byte[] bytes = new byte[4];
 rngCsp.GetBytes(bytes);
 uint value = ReadBigEndian32(bytes[0], bytes[1], bytes[2], bytes[3]);

 

 

開發參考 （解析dat以及查詢)

    public class IPSearch3Fast
    {
        private static readonly Lazy<IPSearch3Fast> lazy = new Lazy<IPSearch3Fast>(() => new IPSearch3Fast());
        public static IPSearch3Fast Instance { get { return lazy.Value; } }
        private IPSearch3Fast()
        {
            LoadDat();
            Watch();
        }

        private string datPath = Path.Combine(AppDomain.CurrentDomain.BaseDirectory, @"qqzeng-ip-ultimate.dat");
        private DateTime lastRead = DateTime.MinValue;

        private long[,] prefmap = new long[256, 2];
        private uint[] endArr;
        private string[] addrArr;
        private byte[] data;

        /// <summary>
        /// 初始化二進位制 qqzeng-ip-ultimate.dat 資料
        /// </summary>

        private void LoadDat()
        {
            data = File.ReadAllBytes(datPath);

            for (int k = 0; k < 256; k++)
            {
                int i = k * 8 + 4;
                int prefix = k;
                long startIndex = ReadLittleEndian32(data[i], data[i + 1], data[i + 2], data[i + 3]);
                long endIndex = ReadLittleEndian32(data[i + 4], data[i + 5], data[i + 6], data[i + 7]);
                prefmap[k, 0] = startIndex; prefmap[k, 1] = endIndex;
            }

            uint RecordSize = ReadLittleEndian32(data[0], data[1], data[2], data[3]);
            endArr = new uint[RecordSize];
            addrArr = new string[RecordSize];
            for (int i = 0; i < RecordSize; i++)
            {
                long p = 2052 + (i * 8);
                uint endipnum = ReadLittleEndian32(data[p], data[1 + p], data[2 + p], data[3 + p]);

                int offset = data[4 + p] + ((data[5 + p]) << 8) + ((data[6 + p]) << 16);
                int length = data[7 + p];

                endArr[i] = endipnum;
                addrArr[i] = Encoding.UTF8.GetString(data, offset, length);
            }
        }
        private void Watch()
        {
            FileInfo fi = new FileInfo(datPath);
            FileSystemWatcher watcher = new FileSystemWatcher(fi.DirectoryName)
            {
                IncludeSubdirectories = false,
                NotifyFilter = NotifyFilters.LastWrite,
                Filter = "qqzeng-ip-ultimate.dat",
            };

            watcher.Changed += (s, e) =>
            {

                var lastWriteTime = File.GetLastWriteTime(datPath);

                if (lastWriteTime > lastRead)
                {                   
                    //延時 解決 正由另一程式使用,因此該程式無法訪問此檔案
                    Thread.Sleep(1000);

                    LoadDat();
                    lastRead = lastWriteTime;
                }
            };
            watcher.EnableRaisingEvents = true;
        }





        /// <summary>
        /// ip快速查詢方法
        /// </summary>
        /// <param name="ip">1.1.1.1</param>
        /// <returns></returns>
        public string Find(string ip)
        {
            long val = IpToInt(ip, out long pref);
            long low = prefmap[pref, 0], high = prefmap[pref, 1];
            long cur = low == high ? low : BinarySearch(low, high, val);
            return addrArr[cur];
        }


        // 二分逼近 O(logN)
        private long BinarySearch(long low, long high, long k)
        {
            long M = 0, mid = 0;
            while (low <= high)
            {
                mid = (low + high) / 2;
                uint endipnum = endArr[mid];
                if (endipnum >= k)
                {
                    M = mid;
                    if (mid == 0)
                    {
                        break;   //防止溢位
                    }
                    high = mid - 1;
                }
                else
                    low = mid + 1;
            }
            return M;
        }


        
        private long IpToInt(string ipString, out long prefix)
        {
            //高效能
            int end = ipString.Length;
            unsafe
            {
                fixed (char* name = ipString)
                {

                    int numberBase = 10;
                    char ch;
                    long[] parts = new long[4];
                    long currentValue = 0;
                    int dotCount = 0;
                    int current = 0;
                    for (; current < end; current++)
                    {
                        ch = name[current];
                        currentValue = 0;

                        numberBase = 10;
                        if (ch == '0')
                        {
                            numberBase = 8;
                            current++;

                            if (current < end)
                            {
                                ch = name[current];
                                if (ch == 'x' || ch == 'X')
                                {
                                    numberBase = 16;
                                    current++;
                                }
                            }
                        }

                        for (; current < end; current++)
                        {
                            ch = name[current];
                            int digitValue;

                            if ((numberBase == 10 || numberBase == 16) && '0' <= ch && ch <= '9')
                            {
                                digitValue = ch - '0';
                            }
                            else if (numberBase == 8 && '0' <= ch && ch <= '7')
                            {
                                digitValue = ch - '0';
                            }
                            else if (numberBase == 16 && 'a' <= ch && ch <= 'f')
                            {
                                digitValue = ch + 10 - 'a';
                            }
                            else if (numberBase == 16 && 'A' <= ch && ch <= 'F')
                            {
                                digitValue = ch + 10 - 'A';
                            }
                            else
                            {
                                break;
                            }

                            currentValue = (currentValue * numberBase) + digitValue;

                        }

                        if (current < end && name[current] == '.')
                        {
                            parts[dotCount] = currentValue;
                            dotCount++;
                            continue;
                        }
                        break;
                    }
                    parts[dotCount] = currentValue;
                    prefix = parts[0];
                    return (parts[0] << 24) | ((parts[1] & 0xff) << 16) | ((parts[2] & 0xff) << 8) | (parts[3] & 0xff);
                }
            }

            //簡潔的 普通 

            //byte[] b = IPAddress.Parse(ip).GetAddressBytes();
            //prefix = b[0];  
            // return ReadBigEndian32(b[0], b[1], b[2], b[3]);
        }


        private uint ReadBigEndian32(byte a, byte b, byte c, byte d)
        {
            return (uint)((a << 24) | (b << 16) | (c << 8) | d);
        }


        private uint ReadLittleEndian32(byte a, byte b, byte c, byte d)
        {
            return (uint)(a | (b << 8) | (c << 16) | (d << 24));
        }
    }

    /*
    （呼叫例子）：   
    string result = IPSearch3Fast.Instance.Find("1.2.3.4");
   --> result="亞洲|中國|香港|九龍|油尖旺|新世界電訊|810200|Hong Kong|HK|114.17495|22.327115"
    */

 

開發程式碼：https://github.com/zengzhan/qqzeng-ip

 

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