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MongoDB地理位置索引的实现原理

地理位置索引支持是MongoDB的一大亮点,这也是全球最流行的LBS服务foursquare 选择MongoDB的原因之一
我们知道,通常的数据库索引结构是B+Tree,怎么样才能将地理位置转化为可建立B+Tree的形式呢,下面我会为大家分析下。

假设我们将需要索引的整个地图分成16×16的方格,如下图(左下角为坐标0,0 右上角为坐标16,16):
image

单纯的[x,y]的数据是无法建立索引的,所以MongoDB在建立索引的时候,会根据相应字段的坐标计算一个可以用来做索引的hash值,这个值叫做geohash,下面我们以地图上坐标为[4,6]的点(图中红叉位置)为例。
我们第一步将整个地图分成等大小的四块,如下图:

image

划分成四块后我们可以定义这四块的值,如下(左下为00,左上为01,右下为10,右上为11):
01 11
00 10
这样[4,6]点的geohash值目前为 00
然后再将四个小块每一块进行切割,如下:
image

这时[4,6]点位于右上区域,右上的值为11,这样[4,6]点的geohash值变为:0011
继续往下做两次切分:
image

最终得到[4,6]点的geohash值为:00110100
这样我们用这个值来做索引,则地图上点相近的点就可以转化成有相同前缀的geohash值了。
我们可以看到,这个geohash值的精确度是与划分地图的次数成正比的,上例对地图划分了四次。而MongoDB默认是进行26次划分,这个值在建立索引时是可控的。具体建立二维地理位置索引的命令如下:

image

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db.map.ensureIndex({point : "2d"}, {min : 0, max : 16, bits : 4})
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