redis3.2新功能--GEO地理位置命令介绍

1、概述

redis3.2发布rc版本已经有一段时间了，估计RedisConf 2016左右，3.2版本就能release了。3.2版本中增长的最大功能就是对GEO（地理位置）的支持。提及redis的GEO特性，最大的贡献仍是我们中国人。redis做者在对3.2引进新特性的博客中介绍了为何支持GEO。GEO hashing的api是在Ardb实现的，Ardb是github用户yinqiwen实现的基于redis协议实现的nosql系统，Ardb支持除了redis、还有LevelDB、RocksDB
、LMDB等kv引擎。其中Ardb实现了GEO hashing功能。从Ardb做者的用户名和标识的位置在深圳能够看出Ardb做者应该是咱中国人。Ardb是用c++写的。redis另外一个开发者Matt Stancliff从Ardb提取GEO库，用C语言改写，整合进redis的一个本身的分支，并被redis做者接受，合并进了3.2版本。GEO目前提供如下6个命令。

• geoadd：增长某个地理位置的坐标。
• geopos：获取某个地理位置的坐标。
• geodist：获取两个地理位置的距离。
• georadius：根据给定地理位置坐标获取指定范围内的地理位置集合。
• georadiusbymember：根据给定地理位置获取指定范围内的地理位置集合。
• geohash：获取某个地理位置的geohash值。

地理位置的坐标是以WGS84为标准，WGS84，全称World Geodetic System 1984，是为GPS全球定位系统使用而创建的坐标系统。

2、GEO命令

下面来看看具体每一个命令的用法。

2.1  GEOADD

geoadd用来增长地理位置的坐标，能够批量添加地理位置，命令格式为：

GEOADD key longitude latitude member [longitude latitude member ...]

key标识一个地理位置的集合。longitude latitude member标识了一个地理位置的坐标。longitude是地理位置的经度，latitude是地理位置的纬度。member是该地理位置的名称。GEOADD能够批量给集合添加一批地理位置。

2.2  GEOPOS

geopos能够获取地理位置的坐标，能够批量获取多个地理位置的坐标，命令格式为：

GEOPOS key member [member ...]

2.3  GEODIST

geodist用来获取两个地理位置的距离，命令格式为：

GEODIST key member1 member2 [m|km|ft|mi]

单位能够指定为如下四种类型：

• m：米，距离单位默认为米，不传递该参数则单位为米。
• km：千米。
• mi：英里。
• ft：英尺。

2.4  GEORADIUS

georadius能够根据给定地理位置坐标获取指定范围内的地理位置集合。命令格式为：

GEORADIUS key longitude latitude radius [m|km|ft|mi] [WITHCOORD] [WITHDIST] [ASC|DESC] [WITHHASH] [COUNT count]

longitude latitude标识了地理位置的坐标，radius表示范围距离，距离单位能够为m|km|ft|mi，还有一些可选参数：

• WITHCOORD：传入WITHCOORD参数，则返回结果会带上匹配位置的经纬度。
• WITHDIST：传入WITHDIST参数，则返回结果会带上匹配位置与给定地理位置的距离。
• ASC|DESC：默认结果是未排序的，传入ASC为从近到远排序，传入DESC为从远到近排序。
• WITHHASH：传入WITHHASH参数，则返回结果会带上匹配位置的hash值。
• COUNT count：传入COUNT参数，能够返回指定数量的结果。

2.5  GEORADIUSBYMEMBER

georadiusbymember能够根据给定地理位置获取指定范围内的地理位置集合。georadius命令传递的是坐标，georadiusbymember传递的是地理位置。georadius更为灵活，能够获取任何坐标点范围内的地理位置。可是大多数时候，只是想获取某个地理位置附近的其余地理位置，使用georadiusbymember则更为方便。georadiusbymember命令格式为（命令可选参数与georadius含义同样）：

GEORADIUSBYMEMBER key member radius [m|km|ft|mi] [WITHCOORD] [WITHDIST] [ASC|DESC] [WITHHASH] [COUNT count]

2.6  GEOHASH

geohash能够获取某个地理位置的geohash值。geohash是将二维的经纬度转换成字符串hash值的算法，后面会具体介绍geohash原理。能够批量获取多个地理位置的geohash值。命令格式为：

GEOHASH key member [member ...]

3、redis GEO实现

redis GEO实现主要包含了如下两项技术：

• 一、使用geohash保存地理位置的坐标。
• 二、使用有序集合（zset）保存地理位置的集合。

3.1  GEOHASH

geohash的思想是将二维的经纬度转换成一维的字符串，geohash有如下三个特色：

• 一、字符串越长，表示的范围越精确。编码长度为8时，精度在19米左右，而当编码长度为9时，精度在2米左右。
• 二、字符串类似的表示距离相近，利用字符串的前缀匹配，能够查询附近的地理位置。这样就实现了快速查询某个坐标附近的地理位置。
• 三、geohash计算的字符串，能够反向解码出原来的经纬度。

这三个特性让geohash特别适合表示二维hash值。这篇文章：GeoHash核心原理解析详细的介绍了geohash的原理，想要了解geohash实现的朋友能够参考这篇文章。

3.2  redis GEO命令实现

知道了redis使用有序集合（zset）保存地理位置数据(想了解redis有序集合的，能够参看这篇文章《有序集合对象》)，以及geohash的特性，就很容易理解redis是如何实现redis GEO命令了。细心的读者可能发现，redis没有实现地理位置的删除命令。不过因为GEO数据保存在zset中，能够用zrem来删除某个地理位置。

• geoadd命令增长地理位置的时候，会先计算地理位置坐标的geohash值，而后地理位置做为有序集合的member，geohash做为该member的score。而后使用zadd命令插入到有序集合。
• geopos命令则先根据地理位置获取geohash值，而后decode获得地理位置的坐标。
• geodist命令先根据两个地理位置各自获得坐标，而后计算两个坐标的距离。
• georadius和georadiusbymember使用相同的实现，georadiusbymember多了一步把地理位置转换成对应的坐标。而后查找该坐标和周围对应8个坐标符合距离要求的地理位置。由于geohash获得的值实际上是个格子，并非点，这样经过计算周围对应8个坐标就能解决边缘问题。因为使用有序集合保存地理位置，在对地列位置基于范围查询，就至关于实现了zrange命令，内部的实现确实与zrange命令一致，只是geo有些特别的处理，好比得到的某个地理位置，还须要计算该地理位置是否符合给定的距离访问。
• geohash则直接返回了地理位置的geohash值。

redis关于geohash使用了Ardb的geohash库geohash-int，redis使用的geohash编码长度为26位。能够精确到0.59m的精度。

4、总结

经过本文，拨开GEO身后的云雾，能够看出redis借助了有序集合（zset）和geohash，加上redis自己实现的命令框架，能够很容易的实现地理位置相关的命令。