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【CSharp】高性能IP数据库格式快速查询
作者:zengzhan / 发布于2015/8/3/ 832

	高性能IP数据库格式详解 qqzeng-ip.dat
	编码：UTF8 字节序：Little-Endian

	返回多个字段信息（如：亚洲|中国|香港|九龙|油尖旺|新世界电讯|810200|Hong Kong|HK|114.17495|22.327115）

	------------------------ 文件结构 ---------------------------

	//文件头 16字节(4-4-4-4)
	[索引区第一条流位置][索引区最后一条流位置][前缀区第一条的流位置][前缀区最后一条的流位置]

	//内容区 长度无限制
	[地区信息][地区信息]&hellip;&hellip;唯一不重复

	
	//索引区 12字节(4-4-3-1)
	[起始IP][结束IP][地区流位置][流长度]

	
	//前缀区 9字节(1-4-4)
	[0-255][索引区start索引][索引区end索引]

	------------------------ 文件结构 ---------------------------

	优势：索引区分为[起始IP][结束IP][地区偏移][长度],减少多级偏移跳转步骤和长度的解析,提高效率;
	根据ip第一位字节作为前缀,解析出以这个数字为前缀的第一个索引和最后一个索引,缩小查询区间,
	然后在这区间再用二分查找快速查找到对应区间,效率提高几个等级

	压缩：原版txt为15M,生成这种dat结构为2.45M

	性能：普通电脑测试,解析，100万ip耗时2.012439秒，1千万耗时21.10258秒，好点的电脑测试会更高效

	对比：相比其他dat更简洁更高效

	创建：qqzeng-ip 于 2015-08-01

	

	

	public class IPSearch
	{
	 private Dictionary<uint, PrefixIndex> prefixDict;
	 private byte[] indexBuffer;
	 private byte[] data;
	 long firstStartIpOffset;//索引区第一条流位置
	 long lastStartIpOffset;//索引区最后一条流位置
	 long prefixStartOffset;//前缀区第一条的流位置
	 long prefixEndOffset;//前缀区最后一条的流位置
	 long ipCount; //ip段数量
	 long prefixCount; //前缀数量
	
	 /// <summary>
	 /// 初始化二进制dat数据
	 /// </summary>
	 /// <param name="dataPath"></param>
	 public IPSearch(string dataPath)
	 {
	 using (FileStream fs = new FileStream(dataPath, FileMode.Open, FileAccess.Read, FileShare.Read))
	 {
	 data = new byte[fs.Length];
	 fs.Read(data, 0, data.Length);
	 }
	
	 firstStartIpOffset = BytesToLong(data[0], data[1], data[2], data[3]);
	 lastStartIpOffset = BytesToLong(data[4], data[5], data[6], data[7]);
	 prefixStartOffset = BytesToLong(data[8], data[9], data[10], data[11]);
	 prefixEndOffset = BytesToLong(data[12], data[13], data[14], data[15]);
	
	 //prefixCount 不固定为256 方便以后自由定制 国内版 国外版 全球版 或者某部分 都可以
	
	 ipCount = (lastStartIpOffset - firstStartIpOffset) / 12 + 1; //索引区块每组 12字节
	 prefixCount = (prefixEndOffset - prefixStartOffset) / 9 + 1; //前缀区块每组 9字节
	
	 //初始化前缀对应索引区区间
	 indexBuffer = new byte[prefixCount * 9];
	 Array.Copy(data, prefixStartOffset, indexBuffer, 0, prefixCount * 9);
	 prefixDict = new Dictionary<uint, PrefixIndex>();
	 for (var k = 0; k < prefixCount; k++)
	 {
	 int i = k * 9;
	 uint prefix = (uint)indexBuffer[i];
	 long start_index = BytesToLong(indexBuffer[i + 1], indexBuffer[i + 2], indexBuffer[i + 3], indexBuffer[i + 4]);
	 long end_index = BytesToLong(indexBuffer[i + 5], indexBuffer[i + 6], indexBuffer[i + 7], indexBuffer[i + 8]);
	 prefixDict.Add(prefix, new PrefixIndex() { prefix = prefix, start_index = start_index, end_index = end_index });
	 }
	
	 }
	
	 public static uint IpToInt(string ip)
	 {
	 byte[] bytes = IPAddress.Parse(ip).GetAddressBytes();
	 return (uint)bytes[3] + (((uint)bytes[2]) << 8) + (((uint)bytes[1]) << 16) + (((uint)bytes[0]) << 24);
	 }
	
	 public static string IntToIP(uint ip_Int)
	 {
	 return new IPAddress(ip_Int).ToString();
	 }
	
	 /// <summary>
	 /// 根据ip查询多维字段信息
	 /// </summary>
	 /// <param name="ip">ip地址（123.4.5.6）</param>
	 /// <returns>亚洲|中国|香港|九龙|油尖旺|新世界电讯|810200|Hong Kong|HK|114.17495|22.327115</returns>
	 public string Query(string ip)
	 {
	 uint intIP = IpToInt(ip);
	 uint high = 0;
	 uint low = 0;
	 uint startIp = 0;
	 uint endIp = 0;
	 uint local_offset = 0;
	 uint local_length = 0;
	
	 uint ip_prefix_value = uint.Parse(ip.Split('.')[0]);
	 if (prefixDict.ContainsKey(ip_prefix_value))
	 {
	 low = (uint)prefixDict[ip_prefix_value].start_index;
	 high = (uint)prefixDict[ip_prefix_value].end_index;
	 }
	 else
	 {
	 return "";
	 }
	
	 uint my_index = low == high? low : BinarySearch(low, high, intIP);
	
	 GetIndex(my_index, out startIp, out endIp, out local_offset, out local_length);
	
	 if ((startIp <= intIP) && (endIp >= intIP))
	 {
	 return GetLocal(local_offset, local_length);
	 }
	 else
	 {
	 return "";
	 }
	
	 }
	 /// <summary>
	 /// 二分逼近算法
	 /// </summary>
	 public uint BinarySearch(uint low, uint high, uint k)
	 {
	 uint M = 0;
	 while (low <= high)
	 {
	 uint mid = (low + high) / 2;
	
	 uint endipNum = GetEndIp(mid);
	 if (endipNum >= k)
	 {
	 M = mid; //mid有可能是解
	 high = mid - 1;
	 }
	 else
	 low = mid + 1;
	 }
	 return M;
	 }
	 /// <summary>
	 /// 在索引区解析
	 /// </summary>
	 /// <param name="left">ip第left个索引</param>
	 /// <param name="startip">返回开始ip的数值</param>
	 /// <param name="endip">返回结束ip的数值</param>
	 /// <param name="local_offset">返回地址信息的流位置</param>
	 /// <param name="local_length">返回地址信息的流长度</param>
	 private void GetIndex(uint left, out uint startip, out uint endip, out uint local_offset, out uint local_length)
	 {
	 long left_offset = firstStartIpOffset + (left * 12);
	 startip = BytesToLong(data[left_offset], data[1 + left_offset], data[2 + left_offset],data[3 + left_offset]);
	 endip = BytesToLong(data[4+left_offset], data[5 + left_offset], data[6 + left_offset], data[7 + left_offset]);
	 local_offset = (uint)data[8 + left_offset] + (((uint)data[9 + left_offset]) << 8) + (((uint)data[10 + left_offset]) << 16);
	 local_length = (uint)data[11 + left_offset];
	 }
	 /// <summary>
	 /// 只获取结束ip的数值
	 /// </summary>
	 /// <param name="left">索引区第left个索引</param>
	 /// <returns>返回结束ip的数值</returns>
	 private uint GetEndIp(uint left)
	 {
	 long left_offset = firstStartIpOffset + (left * 12);
	 return BytesToLong(data[4 + left_offset], data[5 + left_offset], data[6 + left_offset], data[7 + left_offset]);
	
	 }
	
	 /// <summary>
	 /// 返回地址信息
	 /// </summary>
	 /// <param name="local_offset">地址信息的流位置</param>
	 /// <param name="local_length">地址信息的流长度</param>
	 /// <returns></returns>
	 private string GetLocal(uint local_offset, uint local_length)
	 {
	 byte[] buf = new byte[local_length];
	 Array.Copy(data, local_offset, buf, 0, local_length);
	 return Encoding.UTF8.GetString(buf, 0, (int)local_length);
	
	 }
	
	 /// <summary>
	 /// 字节转整形 小节序
	 /// </summary>
	 /// <param name="a"></param>
	 /// <param name="b"></param>
	 /// <param name="c"></param>
	 /// <param name="d"></param>
	 /// <returns></returns>
	 private uint BytesToLong(byte a, byte b, byte c, byte d)
	 {
	 return ((uint)a << 0) | ((uint)b << 8) | ((uint)c << 16) | ((uint)d << 24);
	 }
	}
	
	/*
	（调用例子）：
	IPSearch finder = new IPSearch("qqzeng-ip.dat");
	string result = finder.Query("1.2.3.4");
	--> result="亚洲|中国|香港|九龙|油尖旺|新世界电讯|810200|Hong Kong|HK|114.17495|22.327115"
	*/
	
	public class PrefixIndex
	{
	 public uint prefix { get; set; }
	 public long start_index { get; set; }
	 public long end_index { get; set; }
	}
	
	
	//将来将添加多种语言解析
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