教你如何实现IP归属地功能

前言

       随着网络的发展先在抖音、知乎、快手、小红书等这些平台已经上线了“网络用户显示 IP 的功能”，境外用户显示的是国家，国内的用户显示的省份，而且此项显示无法关闭，归属地强制显示。今天这篇文章，就用几分钟的时间来讲述一下这个功能是怎么实现的。

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                                        1获取用户 IP 地址

HttpServletRequest 获取 IP

首先我们来看一下，在 Java 中，是如何获取到 IP 属地的，主要有以下两步:

• 通过 HttpServletRequest 对象，获取用户的 「IP」 地址

• 通过 IP 地址，获取对应的省份、城市

首先，我们这里写一个工具类用于获取 IP 地址，因为用户的每次 Request 请求都会携带请求的 IP 地址放到请求头中，所以我们可以通过截取请求中的 IP 来获取 IP 地址；

/**
 * 网络工具类
 *
 */
public class NetUtils {

    /**
     * 获取客户端 IP 地址
     *
     * @param request
     * @return
     */
    public static String getIpAddress(HttpServletRequest request) {
        String ip = request.getHeader("x-forwarded-for");
        if (ip == null || ip.length() == 0 || "unknown".equalsIgnoreCase(ip)) {
            ip = request.getHeader("Proxy-Client-IP");
        }
        if (ip == null || ip.length() == 0 || "unknown".equalsIgnoreCase(ip)) {
            ip = request.getHeader("WL-Proxy-Client-IP");
        }
        if (ip == null || ip.length() == 0 || "unknown".equalsIgnoreCase(ip)) {
            ip = request.getRemoteAddr();
            if (ip.equals("127.0.0.1")) {
                // 根据网卡取本机配置的 IP
                InetAddress inet = null;
                try {
                    inet = InetAddress.getLocalHost();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                if (inet != null) {
                    ip = inet.getHostAddress();
                }
            }
        }
        // 多个代理的情况，第一个IP为客户端真实IP,多个IP按照','分割
        if (ip != null && ip.length() > 15) {
            if (ip.indexOf(",") > 0) {
                ip = ip.substring(0, ip.indexOf(","));
            }
        }
        // 本机访问
        if ("localhost".equalsIgnoreCase(ip) || "127.0.0.1".equalsIgnoreCase(ip) || "0:0:0:0:0:0:0:1".equalsIgnoreCase(ip)){
            // 根据网卡取本机配置的IP
            InetAddress inet;
            try {
                inet = InetAddress.getLocalHost();
                ip = inet.getHostAddress();
            } catch (UnknownHostException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        // 如果查找不到 IP,可以返回 127.0.0.1，可以做一定的处理，但是这里不考虑
        // if (ip == null) {
        //     return "127.0.0.1";
        // }
        return ip;
    }
    
  /**
     * 获取mac地址
     */
    public static String getMacAddress() throws Exception {
        // 取mac地址
        byte[] macAddressBytes = NetworkInterface.getByInetAddress(InetAddress.getLocalHost()).getHardwareAddress();
        // 下面代码是把mac地址拼装成String
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < macAddressBytes.length; i++) {
            if (i != 0) {
                sb.append("-");
            }
            // mac[i] & 0xFF 是为了把byte转化为正整数
            String s = Integer.toHexString(macAddressBytes[i] & 0xFF);
            sb.append(s.length() == 1 ? 0 + s : s);
        }
        return sb.toString().trim().toUpperCase();
    }
}

                                     2获取用户的 IP 地址属地 

 Ip2region 介绍

 https://github.com/lionsoul2014/ip2region

        这个开源库目前已经更新到了 V2 的版本，现在的它是一个强大的离线IP地址定位库和IP定位数据管理框架，其达到了微秒级别的查询效率，还提供了众多主流编程语言的 xdb 数据生成和查询客户端实现，可以说是非常得好用，今天这篇文章我们主要针对其 V2 版本进行讲解，如果想要查询 1.0 版本的内容的话，可以去 Github 上面进行查看。

                                        3Ip2region 详解 

 

高达 99.9 % 的查询准确率

数据聚合了一些知名 ip 到地名查询提供商的数据，这些是他们官方的的准确率，经测试着实比经典的纯真 IP 定位准确一些。

ip2region 的数据聚合自以下服务商的开放 API 或者数据(升级程序每秒请求次数 2 到 4 次)，比例如下：

• 80%, 淘宝 IP 地址库, ip.taobao.com/%5C

• ≈10%, GeoIP, geoip.com/%5C

• ≈2%, 纯真 IP 库, www.cz88.net/%5C

Ip2region V2.0 特性

1、IP 数据管理框架

xdb 支持亿级别的 IP 数据段行数，默认的 region 信息都固定了格式：国家|区域|省份|城市|ISP，缺省的地域信息默认是0。

region 信息支持完全自定义，例如：你可以在 region 中追加特定业务需求的数据，例如：GPS信息/国际统一地域信息编码/邮编等。也就是你完全可以使用 ip2region 来管理你自己的 IP 定位数据。

2、数据去重和压缩

xdb 格式生成程序会自动去重和压缩部分数据，默认的全部 IP 数据，生成的 ip2region.xdb 数据库是 11MiB，随着数据的详细度增加数据库的大小也慢慢增大。

3、极速查询响应

即使是完全基于 xdb 文件的查询，单次查询响应时间在十微秒级别，可通过如下两种方式开启内存加速查询：

• vIndex 索引缓存：使用固定的 512KiB 的内存空间缓存 vector index 数据，减少一次 IO 磁盘操作，保持平均查询效率稳定在10-20微秒之间。

• xdb 整个文件缓存：将整个 xdb 文件全部加载到内存，内存占用等同于 xdb 文件大小，无磁盘 IO 操作，保持微秒级别的查询效率。

Ip2region xdb Java 查询客户端实现

这里简单展示一下 Java 的实现，这里使用开发中常用的 Maven 实现的方式：

1. 引入 Maven 仓库 

由于项目使用Spring 的方式构建，这里可以选择使用引入 Spring 的 starter 的方式进行 

  com.github.hiwepy
  ip2region-spring-boot-starter
  2.0.1.RELEASE


  org.lionsoul
  ip2region
  2.7.0

 

在引入 Maven 依赖之后，我们这里引入几种实现的方式：

2. 实现方式 1：【基于文件查询】

import org.lionsoul.ip2region.xdb.Searcher;
import java.io.*;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class SearcherTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 1、创建 searcher 对象
        String dbPath = "ip2region.xdb file path";
        Searcher searcher = null;
        try {
            searcher = Searcher.newWithFileOnly(dbPath);
        } catch (IOException e) {
            System.out.printf("failed to create searcher with `%s`: %s\n", dbPath, e);
            return;
        }

        // 2、查询
        try {
            String ip = "1.2.3.4";
            long sTime = System.nanoTime();
            String region = searcher.search(ip);
            long cost = TimeUnit.NANOSECONDS.toMicros((long) (System.nanoTime() - sTime));
            System.out.printf("{region: %s, ioCount: %d, took: %d μs}\n", region, searcher.getIOCount(), cost);
        } catch (Exception e) {
            System.out.printf("failed to search(%s): %s\n", ip, e);
        }

        // 3、备注：并发使用，每个线程需要创建一个独立的 searcher 对象单独使用。
    }
}

3. 实现方式 2：【缓存VectorIndex索引】

我们可以提前从 xdb 文件中加载出来 VectorIndex 数据，然后全局缓存，每次创建 Searcher 对象的时候使用全局的 VectorIndex 缓存可以减少一次固定的 IO 操作，从而加速查询，减少 IO 压力。

import org.lionsoul.ip2region.xdb.Searcher;
import java.io.*;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class SearcherTest {
    public static void main(String[] args) {
        String dbPath = "ip2region.xdb file path";

        // 1、从 dbPath 中预先加载 VectorIndex 缓存，并且把这个得到的数据作为全局变量，后续反复使用。
        byte[] vIndex;
        try {
            vIndex = Searcher.loadVectorIndexFromFile(dbPath);
        } catch (Exception e) {
            System.out.printf("failed to load vector index from `%s`: %s\n", dbPath, e);
            return;
        }

        // 2、使用全局的 vIndex 创建带 VectorIndex 缓存的查询对象。
        Searcher searcher;
        try {
            searcher = Searcher.newWithVectorIndex(dbPath, vIndex);
        } catch (Exception e) {
            System.out.printf("failed to create vectorIndex cached searcher with `%s`: %s\n", dbPath, e);
            return;
        }

        // 3、查询
        try {
            String ip = "1.2.3.4";
            long sTime = System.nanoTime();
            String region = searcher.search(ip);
            long cost = TimeUnit.NANOSECONDS.toMicros((long) (System.nanoTime() - sTime));
            System.out.printf("{region: %s, ioCount: %d, took: %d μs}\n", region, searcher.getIOCount(), cost);
        } catch (Exception e) {
            System.out.printf("failed to search(%s): %s\n", ip, e);
        }

        // 备注：每个线程需要单独创建一个独立的 Searcher 对象，但是都共享全局的制度 vIndex 缓存。
    }
}

4. 实现方式 3：「缓存整个 xdb 数据」

我们也可以预先加载整个 ip2region.xdb 的数据到内存，然后基于这个数据创建查询对象来实现完全基于文件的查询，类似之前的 memory search。

import org.lionsoul.ip2region.xdb.Searcher;
import java.io.*;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class SearcherTest {
    public static void main(String[] args) {
        String dbPath = "ip2region.xdb file path";

        // 1、从 dbPath 加载整个 xdb 到内存。
        byte[] cBuff;
        try {
            cBuff = Searcher.loadContentFromFile(dbPath);
        } catch (Exception e) {
            System.out.printf("failed to load content from `%s`: %s\n", dbPath, e);
            return;
        }

        // 2、使用上述的 cBuff 创建一个完全基于内存的查询对象。
        Searcher searcher;
        try {
            searcher = Searcher.newWithBuffer(cBuff);
        } catch (Exception e) {
            System.out.printf("failed to create content cached searcher: %s\n", e);
            return;
        }

        // 3、查询
        try {
            String ip = "1.2.3.4";
            long sTime = System.nanoTime();
            String region = searcher.search(ip);
            long cost = TimeUnit.NANOSECONDS.toMicros((long) (System.nanoTime() - sTime));
            System.out.printf("{region: %s, ioCount: %d, took: %d μs}\n", region, searcher.getIOCount(), cost);
        } catch (Exception e) {
            System.out.printf("failed to search(%s): %s\n", ip, e);
        }

        // 备注：并发使用，用整个 xdb 数据缓存创建的查询对象可以安全的用于并发，也就是你可以把这个 searcher 对象做成全局对象去跨线程访问。
    }
}

5. 编译测试程序

通过 maven 来编译测试程序。

# cd 到 java binding 的根目录
cd binding/java/
mvn compile package

然后会在当前目录的 target 目录下得到一个 ip2region-{version}.jar 的打包文件。

6. 查询测试

可以通过 java -jar ip2region-{version}.jar search 命令来测试查询：

➜  java git:(v2.0_xdb) ✗ java -jar target/ip2region-2.6.0.jar search
java -jar ip2region-{version}.jar search [command options]
options:
 --db string              ip2region binary xdb file path
 --cache-policy string    cache policy: file/vectorIndex/content

例如：使用默认的 data/ip2region.xdb 文件进行查询测试：

➜  java git:(v2.0_xdb) ✗ java -jar target/ip2region-2.6.0.jar search --db=../../data/ip2region.xdb
ip2region xdb searcher test program, cachePolicy: vectorIndex
type 'quit' to exit
ip2region>> 1.2.3.4
{region: 美国|0|华盛顿|0|谷歌, ioCount: 7, took: 82 μs}
ip2region>>

输入 ip 即可进行查询测试，也可以分别设置 cache-policy 为 file/vectorIndex/content 来测试三种不同缓存实现的查询效果。

                                                4bench 测试 

可以通过 java -jar ip2region-{version}.jar bench 命令来进行 bench 测试，一方面确保 xdb 文件没有错误，一方面可以评估查询性能：

➜  java git:(v2.0_xdb) ✗ java -jar target/ip2region-2.6.0.jar bench
java -jar ip2region-{version}.jar bench [command options]
options:
 --db string              ip2region binary xdb file path
 --src string             source ip text file path
 --cache-policy string    cache policy: file/vectorIndex/content

例如：通过默认的 data/ip2region.xdb 和 data/ip.merge.txt 文件进行 bench 测试：

➜  java git:(v2.0_xdb) ✗ java -jar target/ip2region-2.6.0.jar bench --db=../../data/ip2region.xdb --src=../../data/ip.merge.txt
Bench finished, {cachePolicy: vectorIndex, total: 3417955, took: 8s, cost: 2 μs/op}

可以通过分别设置 cache-policy 为 file/vectorIndex/content 来测试三种不同缓存实现的效果。

注意 bench 使用的 src 文件要是生成对应 xdb 文件相同的源文件。