面向 LBS 应用的 GEO 数据类型

在日常生活中，我们越来越依赖搜索“附近的餐馆”、在打车软件上叫车，这些都离不开基于位置信息服务(Location-Based Service，LBS)的应用。LBS 应用访问的数据是和人或物关联的一组经纬度信息，而且要能查询相邻的经纬度范围，GEO 就非常适合应用在 LBS 服务的场景中，我们来看一下它的底层结构。

GEO 的底层结构

一般来说，在设计一个数据类型的底层结构时，我们首先需要知道，要处理的数据有什么访问特点。所以，我们需要先搞清楚位置信息到底是怎么被存取的。

把不同车辆的 ID 和它们对应的经纬度信息存在 Hash 集合中:

一旦涉及到范围查询，就意味着集合中的元素需要有序，但 Hash 类型的元素是无序的

Sorted Set 类型也支持一个 key 对应一个 value 的记录模式，其中，key 就是 Sorted Set 中的元素，而 value 则是元素的权重分数。更重要的是，Sorted Set 可以根据元素的权重分数排序，支持范围查询。

GEO 类型的底层数据结构就是用 Sorted Set 来实现的

用 Sorted Set 来保存车辆的经纬度信息时，Sorted Set 的元素是车辆 ID，元素的权重分数是经纬度信息，如下图所示：

这时问题来了，Sorted Set 元素的权重分数是一个浮点数(float 类型)，而一组经纬度包含的是经度和纬度两个值，是没法直接保存为一个浮点数的，那具体该怎么进行保存呢？

这就要用到 GEO 类型中的 GeoHash 编码了。

GeoHash 的编码方法

为了能高效地对经纬度进行比较，Redis 采用了业界广泛使用的 GeoHash 编码方法，这个方法的基本原理就是“二分区间，区间编码”。

当我们要对一组经纬度进行 GeoHash 编码时，我们要先对经度和纬度分别编码，然后再把经纬度各自的编码组合成一个最终编码。

做完 5 次分区后，我们把经度值 116.37 定位在[112.5, 123.75]这个区间，并且得到了经度值的 5 位编码值，即 11010。这个编码过程如下表所示：

对纬度的编码方式，和对经度的一样，只是纬度的范围是[-90，90]，下面这张表显示了对纬度值 39.86 的编码过程。

当一组经纬度值都编完码后，我们再把它们的各自编码值组合在一起，组合的规则是：最终编码值的偶数位上依次是经度的编码值，奇数位上依次是纬度的编码值，其中，偶数位从 0 开始，奇数位从 1 开始。

这 4 个分区对应了 4 个方格，每个方格覆盖了一定范围内的经纬度值，分区越多，每个方格能覆盖到的地理空间就越小，也就越精准。我们把所有方格的编码值映射到一维空间时，相邻方格的 GeoHash 编码值基本也是接近的，如下图所示：

所以，我们使用 Sorted Set 范围查询得到的相近编码值，在实际的地理空间上，也是相邻的方格，这就可以实现 LBS 应用“搜索附近的人或物”的功能了。

不过，我要提醒你一句，有的编码值虽然在大小上接近，但实际对应的方格却距离比较远。例如，我们用 4 位来做 GeoHash 编码，把经度区间[-180,180]和纬度区间[-90,90]各分成了 4 个分区，一共 16 个分区，对应了 16 个方格。编码值为 0111 和 1000 的两个方格就离得比较远，如下图所示：

如何操作 GEO 类型？

• GEOADD: 添加
• GEORADIUS: 查找一定范围内的元素

# 顺序:                经度        维度      标记GEOADD cars:locations 116.034579 39.030452 33

GEORADIUS cars:locations 116.054579 39.030452 5 km ASC COUNT 10

如何自定义数据类型？

RedisObject

Redis 的基本对象结构

组成:

1. type：表示值的类型，涵盖了我们前面学习的五大基本类型；
2. encoding：是值的编码方式，用来表示 Redis 中实现各个基本类型的底层数据结构，例如 SDS、压缩列表、哈希表、跳表等；
3. lru：记录了这个对象最后一次被访问的时间，用于淘汰过期的键值对；
4. refcount：记录了对象的引用计数；
5. *ptr：是指向数据的指针。

我们在定义了新的数据类型后，也只要在 RedisObject 中设置好新类型的 type 和 encoding，再用*ptr指向新类型的实现，就行了。

开发一个新的数据类型

首先，我们需要为新数据类型定义好它的底层结构、type 和 encoding 属性值，然后再实现新数据类型的创建、释放函数和基本命令。

第一步：定义新数据类型的底层结构

newtype.h:

struct NewTypeObject {    struct NewTypeNode *head;     size_t len; }NewTypeObject;

NewTypeNode: 自定义的新类型的底层结构

struct NewTypeNode {    long value;    struct NewTypeNode *next;};

第二步：在 RedisObject 的 type 属性中，增加这个新类型的定义

定义是在 Redis 的 server.h 文件中, 增加一个叫作 OBJ_NEWTYPE 的宏定义，用来在代码中指代 NewTypeObject 这个新类型

#define OBJ_STRING 0    /* String object. */#define OBJ_LIST 1      /* List object. */#define OBJ_SET 2       /* Set object. */#define OBJ_ZSET 3      /* Sorted set object. */…#define OBJ_NEWTYPE 7

第三步：开发新类型的创建和释放函数

Redis 把数据类型的创建和释放函数都定义在了 object.c 文件中。所以，我们可以在这个文件中增加 NewTypeObject 的创建函数 createNewTypeObject，如下所示：

robj *createNewTypeObject(void){   NewTypeObject *h = newtypeNew();    robj *o = createObject(OBJ_NEWTYPE,h);   return o;}

newtypeNew 函数: 为新数据类型初始化内存结构的

NewTypeObject *newtypeNew(void){    NewTypeObject *n = zmalloc(sizeof(*n));    n->head = NULL;    n->len = 0;    return n;}

createObject: 是 Redis 本身提供的 RedisObject 创建函数，它的参数是数据类型的 type 和指向数据类型实现的指针*ptr。

robj *createObject(int type, void *ptr) {    robj *o = zmalloc(sizeof(*o));    o->type = type;    o->ptr = ptr;    ...    return o;}

第四步：开发新类型的命令操作

分三小步:

1. 在 t_newtype.c 文件中增加命令操作的实现。比如说，我们定义 ntinsertCommand 函数，由它实现对 NewTypeObject 单向链表的插入操作：

void ntinsertCommand(client *c){  //基于客户端传递的参数，实现在NewTypeObject链表头插入元素}

1. 在 server.h 文件中，声明我们已经实现的命令，以便在 server.c 文件引用这个命令，例如：

void ntinsertCommand(client *c)

1. 在 server.c 文件中的 redisCommandTable 里面，把新增命令和实现函数关联起来。例如，新增的 ntinsert 命令由 ntinsertCommand 函数实现，我们就可以用 ntinsert 命令给 NewTypeObject 数据类型插入元素了。

struct redisCommand redisCommandTable[] = { ...{"ntinsert",ntinsertCommand,2,"m",...}}