redis3.2开始新增了GEO地理位置相关的命令，本文对Geo相关命令使用及实现原理进行介绍。Redis将地理位置的52位GeoHash值作为有序集合的score，将地理位置存放在有序集合中进行保存。阅读本文前可以先阅读《GeoHash算法详解及其实现》，了解GeoHash算法。
GEOADD
增加地理位置坐标，命令格式如下：
GEOADD key longitude latitude member [longitude latitude member ...]
Redis中接受的有效的经度范围为-180到180度，有效纬度范围为-85.05112878到 85.05112878度（靠近南北极的一小块地方是无法生成索引的）。
实现方式
Redis内部使用有序集合来保存key，每一个member的score大小为一个52位的Geohash值（double类型精度为52位）。
实际上Redis内部实现的时候就是将GEOADD命令转换成ZADD命令来实现的。（这也解释了为什么没有专门的georem命令，地理位置信息是通过使用ZREM命令来删除成员。）
源码实现如下所示：
/* GEOADD key long lat name [long2 lat2 name2 ... longN latN nameN] */
void geoaddCommand(client *c) {
/* Check arguments number for sanity. */
if ((c->argc - 2) % 3 != 0) {
/* Need an odd number of arguments if we got this far... */
addReplyError(c, "syntax error. Try GEOADD key [x1] [y1] [name1] "
"[x2] [y2] [name2] ... ");
return;
}
int elements = (c->argc - 2) / 3;
int argc = 2+elements*2; /* ZADD key score ele ... */
robj **argv = zcalloc(argc*sizeof(robj*));
argv[0] = createRawStringObject("zadd",4);
argv[1] = c->argv[1]; /* key */
incrRefCount(argv[1]);
/* Create the argument vector to call ZADD in order to add all
* the score,value pairs to the requested zset, where score is actually
* an encoded version of lat,long. */
int i;
for (i = 0; i < elements; i++) {
double xy[2];
if (extractLongLatOrReply(c, (c->argv+2)+(i*3),xy) == C_ERR) {
for (i = 0; i < argc; i++)
if (argv[i]) decrRefCount(argv[i]);
zfree(argv);
return;
}
/* Turn the coordinates into the score of the element. */
// 根据坐标计算出 geohash 值
GeoHashBits hash;
geohashEncodeWGS84(xy[0], xy[1], GEO_STEP_MAX, &hash);
GeoHashFix52Bits bits = geohashAlign52Bits(hash);
robj *score = createObject(OBJ_STRING, sdsfromlonglong(bits));
robj *val = c->argv[2 + i * 3 + 2];
argv[2+i*2] = score;
argv[3+i*2] = val;
incrRefCount(val);
}
/* Finally call ZADD that will do the work for us. */
replaceClientCommandVector(c,argc,argv);
// 将刚才创建的元素全部添加到有序集合里面
zaddCommand(c);
}
使用示例
127.0.0.1:6379> geoadd china 120.19 30.26 hangzhou
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ZRANGE china 0 -1 withscores
1) "hangzhou"
2) "4054134100314554"
GEODIST
返回两点间距离，命令格式如下：
GEODIST key member1 member2 [unit]
单位可选项为m（米，默认值）, km（千米）,mi（英里）,ft（英尺）。
返回double值，若有任意一个member不存在，则返回NULL.
实现方式
使用WGS84坐标系统，计算距离时使用Haversine公式。由于地球并不是严格标准的，计算出来的距离有最大约0.5%的误差。
Haversine formula 公式介绍：https://en.wikipedia.org/wiki/Haversine_formula
使用示例
127.0.0.1:6379> geoadd china 121.480306 31.236329 shanghai
(integer) 1
127.0.0.1:6379> geodist china hangzhou shanghai km
"164.3309"
127.0.0.1:6379> geodist china hangzhou suzhou
(nil)
GEOHASH
返回key中对应成员的geohash值。命令格式如下：
GEOHASH key member [member ...]
如果member不存在，则返回null。
特点
该命令返回一个11个字符的GeoHash字符串，返回的GeoHash有如下特性：
- 可以从字符串的右侧移除部分字符，使得字符串变短，这样做会损失精度，但是依然会定位到同样的区域。
- 拥有相同前缀的字符串表示的区域位置接近，但是反过来不一定成立。也有可能地理位置接近，但是其字符串前缀不相同。
实现方式
Redis在内部生成有序集合成员score时的geohash值与标准的算法略有差异（Redis内部使用-85,85作为维度范围，标准使用-90,90）。
这个命令返回的是标准值，与https://en.wikipedia.org/wiki/Geohash中标准算法和geohash.org网站的结果一致。代码如下：
/* The internal format we use for geocoding is a bit different
* than the standard, since we use as initial latitude range
* -85,85, while the normal geohashing algorithm uses -90,90.
* So we have to decode our position and re-encode using the
* standard ranges in order to output a valid geohash string. */
/* Decode... */
//先解码出地理位置的坐标
double xy[2];
if (!decodeGeohash(score,xy)) {
addReply(c,shared.nullbulk);
continue;
}
/* Re-encode */
//再使用纬度范围[-90,90]重新编码标准的geohash值
GeoHashRange r[2];
GeoHashBits hash;
r[0].min = -180;
r[0].max = 180;
r[1].min = -90;
r[1].max = 90;
geohashEncode(&r[0],&r[1],xy[0],xy[1],26,&hash);
char buf[12];
int i;
for (i = 0; i < 11; i++) {
int idx = (hash.bits >> (52-((i+1)*5))) & 0x1f;
buf[i] = geoalphabet[idx];
}
buf[11] = '\0';
addReplyBulkCBuffer(c,buf,11);
使用示例
127.0.0.1:6379> geohash china hangzhou shanghai suzhou
1) "wtmknuxtmb0"
2) "wtw3sq7kb30"
3) (nil)
可以在http://geohash.org中使用geohash，如下的url:http://geohash.org/wtmknuxtmb0可以在地图中定位到杭州
GEOPOS
返回指定成员的经纬度坐标，成员不存在则返回null。命令格式如下：
GEOPOS key member [member ...]
经纬度坐标是被转成52位的GeoHash保存起来的，返回的时候重新解码成经纬度坐标。由于精度问题，返回值可能与设置的值略有差异。
使用示例
127.0.0.1:6379> geoadd china 120.19 30.26 hangzhou
(integer) 0
127.0.0.1:6379> geopos china hangzhou suzhou
1) 1) "120.18999785184860229"
2) "30.25999927289620928"
2) (nil)
GEORADIUS，GEORADIUSBYMEMBER，GEORADIUS_RO，GEORADIUSBYMEMBER_RO
获取指定范围内的地理位置集合，命令格式如下：
GEORADIUS key longitude latitude radius m|km|ft|mi [WITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH] [COUNT count] [ASC|DESC] [STORE key] [STOREDIST key]
GEORADIUSBYMEMBER key member radius m|km|ft|mi [WITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH] [COUNT count] [ASC|DESC] [STORE key] [STOREDIST key]
GEORADIUS_RO key longitude latitude radius m|km|ft|mi [WITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH] [COUNT count] [ASC|DESC]
GEORADIUSBYMEMBER_RO key member radius m|km|ft|mi [WITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH] [COUNT count] [ASC|DESC]
GEORADIUS是获取任意经纬度周围的地理集合，GEORADIUSBYMEMBER是获取某个地理位置周围的地理位置集合。它们的内部实现和可选参数是一致的。
可选项：
- WITHDIST: 同时返回地理位置与给定位置的距离
- WITHCOORD: 同时返回地理位置的经纬度坐标
- WITHHASH: 同时返回Redis内部的GeoHash值（非标准算法值），一般用于debug
- ASC|DESC：结果按距离升降序排序
- STORE|STOREDIST: 结果存到新的有序集合中，前者以GeoHash值做score，后者以与指定位置的距离作score，该选项与WITH[DIST|COORD|HASH]选项冲突，这两种类型选项只能二选一
- COUNT： 指定返回的元素个数，必须大于0，且最好同时指定排序规则，如果未指定排序规则，默认为ASC（升序）
GEORADIUS_RO和GEORADIUSBYMEMBER_RO是redis 3.2.10后新引进的两个命令。由于GEORADIUS和GEORADIUSBYMEMBER命令存在store和storedist选项，在redis中该两个命令被标记为写命令类型。即使在从节点的连接设置了readonly模式下，标记为写命令类型的命令，依然会收到MOVED消息，被转向到相应主节点。所以redis新增了该两个命令的只读版本，这两个命令除了不支持store和storedist选项外，其他可选参数与GEORADIUS和GEORADIUSBYMEMBER一致。新增的两个只读命令在从节点连接设置readonly模式下可以在从节点执行。
使用示例
127.0.0.1:6379> GEORADIUSBYMEMBER china hangzhou 300 km
1) "hangzhou"
2) "shanghai"
127.0.0.1:6379> GEORADIUSBYMEMBER china hangzhou 300 km store new_key
(integer) 2
127.0.0.1:6379> zrange new_key 0 -1
1) "hangzhou"
2) "shanghai"
127.0.0.1:6379> GEORADIUSBYMEMBER_RO china hangzhou 300 km withcoord count 1 desc
1) 1) "shanghai"
2) 1) "121.48030668497085571"
2) "31.23632823849270324"
127.0.0.1:6379> GEORADIUSBYMEMBER china hangzhou 300 km withdist store new_key_test
(error) ERR STORE option in GEORADIUS is not compatible with WITHDIST, WITHHASH and WITHCOORDS options
实现方式
geohash编码越长精度越高，相反编码越短，表示的范围越大，前缀相同的字符串表示的范围接近，根据中心点位置和搜索范围距离计算geohash编码的长度和geohash编码，然后搜索以该geohash编码为前缀的点以及周边８个范围内的点，返回满足要求的点。
函数geohashGetAreasByRadiusWGS84根据中心点位置和搜索范围距离计算geohash编码的长度和geohash编码，以及在geohash长度编码的基础上，计算周边8个区块的geohash。
函数membersOfAllNeighbors对中心点以及它周边八个方向进行查找，找出所有范围内的元素，返回满足搜索距离范围的点。该函数中依次对中心点及周边8个区块调用membersOfGeoHashBox函数。
/* Obtain all members between the min/max of this geohash bounding box.
* Populate a geoArray of GeoPoints by calling geoGetPointsInRange().
* Return the number of points added to the array. */
int membersOfGeoHashBox(robj *zobj, GeoHashBits hash, geoArray *ga, double lon, double lat, double radius) {
GeoHashFix52Bits min, max;
scoresOfGeoHashBox(hash,&min,&max);
return geoGetPointsInRange(zobj, min, max, lon, lat, radius, ga);
}
// 计算出从有序集合里面查找指定范围内的所有位置所需的 min 值和 max 值。
void scoresOfGeoHashBox(GeoHashBits hash, GeoHashFix52Bits *min, GeoHashFix52Bits *max) {
/* We want to compute the sorted set scores that will include all the
* elements inside the specified Geohash 'hash', which has as many
* bits as specified by hash.step * 2.
*
* So if step is, for example, 3, and the hash value in binary
* is 101010, since our score is 52 bits we want every element which
* is in binary: 101010?????????????????????????????????????????????
* Where ? can be 0 or 1.
*
* To get the min score we just use the initial hash value left
* shifted enough to get the 52 bit value. Later we increment the
* 6 bit prefis (see the hash.bits++ statement), and get the new
* prefix: 101011, which we align again to 52 bits to get the maximum
* value (which is excluded from the search). So we get everything
* between the two following scores (represented in binary):
*
* 1010100000000000000000000000000000000000000000000000 (included)
* and
* 1010110000000000000000000000000000000000000000000000 (excluded).
*/
*min = geohashAlign52Bits(hash);
hash.bits++;
*max = geohashAlign52Bits(hash);
}
由于geoadd命令将地理位置以geohash为值保存进zset数据类型中，所以根据中心点及周边8个区块的geohash值，计算出该区块中所有点的geohash最小值与最大值，再根据最小值与最大值使用zset命令查找出所有的点。scoresOfGeoHashBox函数即为计算该最小值与最大值。
函数geoGetPointsInRange即为根据最小值与最大值在zset中查找所有点，然后计算这些点是否在搜索范围内。并返回结果。