PHP实现文本快速查找 - 二分查找法

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起因

先说说事情的起因,最近在分析数据时经常遇到一种场景,代码需要频繁的读某一张数据库的表,比如根据地区ID获取地区名称、根据网站分类ID获取分类名称、根据关键词ID获取关键词等。虽然以上需求都可以在原始建表时,通过冗余数据来解决。但仍有部分业务存的只是关联表的ID,数据分析时需要频繁的查表。

所读的表存在共同的特点

  • 数据几乎不会变更
  • 数据量适中,从一万到100多万,如果全加载到内存也不太合适。

纠结的地方

在做数据分析时,需要十分频繁的读这些表,每秒有可能需要读上万次。其实内部的数据库集群完全可以胜任,但会对线上业务稍有影响。(你懂得,小公司不可能为离线分析做一套完整的数据存储服务。大部分数据分析还要借助线上的数据集群)

优化方案的思考

有没有一种方式可以不增加线上的压力,同时提供更高效的查询方式?想过redis,但最终选择用文本存储。因为数据分析是一个独立的需求,不希望与现有的redis集群或者其它存储服务有交集。还有一个原因是每次分析的中间结果,对下一次分析并没有很大的实质作用,并不需要把结果持久存储,而且占的内存也会较多。最终使用文本存储,然后用二分来查找。特点,1,存储非常快,虽然redis等nosql服务虽然已经非常快,但仍无法与文本存储相提并论;2,查找的时候使用二分查找,百万条记录查询也可在0.1ms内完成(使用线上的普通硬盘,如果是ssd盘会更快)。

实现步骤

  • 将数据库中需要的字段导出到文本

     方法:使用mysql的phpmyadmin工具,执行sql语句查出主建id和相应字段
      如以上的关键词表: select kid, keyword from keyword
      然后使用phpmyadmin的导出工具,可以快速把结果导出到文本中
      操作截图: 

PHP实现文本快速查找 - 二分查找法

导出数据流程1


PHP实现文本快速查找 - 二分查找法

导出数据流程2

  • 将导出的文本(已经按id进行过排序)转换格式重新存储
  • 程序读取转换后的格式

文本存储格式

说明 :需求中,文本每行有两列,第一列是主建ID(数字),第二列为文本。整个文本已经按第一列有序排列,两列之间用tab键分隔。
之前有看过ip.dat的存储,本次仿照其存储格式:将文本中的内容每行转换为固定长度后,存储到新的文件。搜索时,使用文件操作函数fopen,fseek,fgets等函数按字节读取内容,并以二分查找法快速定位需要的内容。

代码实现部分

  • 通用类,类似需求只需要提供符合标准的文本(每行两列,第一列为查找的ID,第二列为文本。同时文本已经按第一列有序排序)
  • 生成以上所提到的存储格式
  • 提供根据id查询接口

代码片断

  • 重新生成新的存储格式

     //读源文件,写入到新的索引文件
      $readfd = fopen($this->filename, 'rb');
      $writefd = fopen($this->formatFile.'_tmp', 'wb+');
      if ($readfd === false || $writefd === false) {
          return false;
      }
      echo "\n start reformat file $this->filename ..";
      while (!feof($readfd)) {
          $line = fgets($readfd, 8192);
          fwrite($writefd, pack("a".$this->maxLength, $line));
      }
      echo "\n reformat ok\n";
      fclose($readfd);
      fclose($writefd);
      rename($this->formatFile.'_tmp', $this->formatFile); 
  • 二分查找的代码片断

     /**
      * 在索引文件中进行二分查找
      * @param  int $id    进行二分查找的id
      * @return [type]     [description]
      */
      public function search($key)
      {
          $filesize = filesize($this->formatFile);
          $fd = fopen($this->formatFile, "rb");
          $left = 0; //行号
          $right = ($filesize / $this->maxLength) - 1; 
          while ($left <= $right) {
              $middle = intval(($right + $left)/2);
              fseek($fd, ($middle) * $this->maxLength);
              $info = unpack("a*", fread($fd, $this->maxLength))['1'];
              $lineinfo = explode("\t", $info, 2);
              if ($lineinfo['0'] > $key) {
                  $right = $middle - 1;
              } elseif ($lineinfo['0'] < $key) {
                  $left = $middle + 1;
              } else {
                  return $lineinfo['1'];
              }
          }
          return false;
      } 
  • 整个类库代码一共91行,具体可查看github的demo代码

运行截图

PHP实现文本快速查找 - 二分查找法

运行截图

以上拿100万的关键词进行测试,根据关键词id快速查找关键词,平均速度可以达到0.1毫秒。

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