Redis GEO 52 位整数的经纬分布

文章目录

• • • Geohash 编码的位排列规则
    • 编码过程原理（源码解析）
    • 为什么采用交错存储？
    • 解码过程
    • 精度说明

在 Redis 的 GEO 实现中，经度和纬度的编码方式是 交错存储而不是分离存储的。在 52 位的 Geohash 编码中，经度（longitude）和纬度（latitude）的比特位是 交替排列的，而不是物理上分开的区块。

具体结构如下：

Geohash 编码的位排列规则

位位置（从最高位开始）	0	1	2	3	4	…	50	51
对应坐标	经度	纬度	经度	纬度	经度	…	经度	纬度

• 偶数索引位（0,2,4,…,50）：存储经度信息（共 26 位）
• 奇数索引位（1,3,5,…,51）：存储纬度信息（共 26 位）

编码过程原理（源码解析）

Redis 的 Geohash 编码实现在 geohash.c 文件中，核心逻辑在 geohashEncode() 函数中：

// redis/src/geohash.c
void geohashEncode(...) {
    // ...
    for (i = 0; i < step; i++) {
        double lat_offset, lng_offset;
        uint64_t bits = 0;
        
        // 交替处理经度和纬度
        if (i % 2 == 0) {
            // 偶数位：处理经度
            lng_offset = (lng_range[0] + lng_range[1]) / 2;
            if (longitude >= lng_offset) {
                bits |= 1;
                lng_range[0] = lng_offset;
            } else {
                lng_range[1] = lng_offset;
            }
        } else {
            // 奇数位：处理纬度
            lat_offset = (lat_range[0] + lat_range[1]) / 2;
            if (latitude >= lat_offset) {
                bits |= 1;
                lat_range[0] = lat_offset;
            } else {
                lat_range[1] = lat_offset;
            }
        }
        hash->bits = (hash->bits << 1) | bits;
    }
}

为什么采用交错存储？

1. 空间局部性保留：
   • 经纬度交错排列保持了地理位置的连续性
   • 相邻地理位置的 Geohash 值会有更长的公共前缀（临界特性）
2. 范围查询优化：

// redis/src/geo.c
void georadiusGetAreasByShape(geoRange *r) {
    // 范围查询时会自动对齐Z阶曲线
    geohashBoundingBox(r->longitude, r->latitude, r->radius);
}

这种排列使得经度/纬度联合查询可以直接通过位操作实现

3. 与Z阶曲线的兼容：
   交错存储本质上实现了莫顿码(Morton Code)，将二维坐标映射到一维曲线时能最小化空间跳跃

解码过程

当需要反向获取坐标时，Redis 会分离这些位：

// redis/src/geohash.c
int decodeGeohash(uint64_t bits, double *xy) {
    double lat_range[] = {-90, 90};
    double lng_range[] = {-180, 180};
    
    // 交替处理52位
    for (int i = 51; i >= 0; i--) {
        uint64_t bit = (bits >> i) & 1;
        if (i % 2 == 0) { // 经度位
            double mid = (lng_range[0] + lng_range[1]) / 2;
            if (bit) lng_range[0] = mid;
            else lng_range[1] = mid;
        } else { // 纬度位
            double mid = (lat_range[0] + lat_range[1]) / 2;
            if (bit) lat_range[0] = mid;
            else lat_range[1] = mid;
        }
    }
    xy[0] = (lng_range[0] + lng_range[1]) / 2;
    xy[1] = (lat_range[0] + lat_range[1]) / 2;
}

精度说明

坐标轴	比特位数	理论精度
经度	26 bits	约 0.0000429° (赤道约 4.78m)
纬度	26 bits	约 0.0000215° (约 2.39m)

这种交错编码方式虽然增加了编解码的复杂性，但使 Redis 的 GEO 查询性能达到了 O(log N) 的优异水平，是空间与时间的完美平衡。