Redis GEO 底层实现（结合源码分析）

文章目录

- [**Redis GEO 底层实现（结合源码分析）**](#Redis GEO 底层实现（结合源码分析）)
- - [**(1) GEO 命令的底层调用**](#(1) GEO 命令的底层调用)
  - [**(2) Geohash 编码**](#(2) Geohash 编码)
  - [**(3) 存储结构**](#(3) 存储结构)
- [**2. 为什么纬度限制在 85°？**](#2. 为什么纬度限制在 85°？)
- - [**(1) Geohash 的边界问题**](#(1) Geohash 的边界问题)
  - [**(2) 地球的投影变形**](#(2) 地球的投影变形)
  - [**(3) 源码中的限制**](#(3) 源码中的限制)
- [**3. 总结**](#3. 总结)

Redis GEO 底层实现（结合源码分析）

(1) GEO 命令的底层调用

Redis 的 GEO 相关命令（如 GEOADD、GEODIST、GEORADIUS）最终都会调用 zset 的操作。例如：

GEOADD 实际上是调用了 zadd，但会先对经纬度进行编码。
GEORADIUS 会先计算目标区域的 Geohash 范围，然后查询 Sorted Set 中符合条件的成员。

(2) Geohash 编码

Redis 使用 Geohash 算法将经纬度编码成一个 52 位整数（score），具体逻辑在 geohash.c 中：

plain 复制代码

// redis/src/geohash.c
uint64_t geohashEncodeWGS84(double longitude, double latitude, uint8_t step) {
    return geohashEncode(/* bounds */ -180, 180, -90, 90, longitude, latitude, step);
}

其中：

longitude 范围是 [-180, 180]
latitude 范围是 [-90, 90]
step 表示 Geohash 的精度（Redis 默认使用 26 位 表示经度，26 位 表示纬度，共 52 位）

(3) 存储结构

GEO 数据在 Redis 中的存储形式：

plain 复制代码

ZSET:
    Key: "cities:geo"
    Member: "Beijing"
    Score: 942457884123456789 (Geohash 编码后的 52 位整数)

2. 为什么纬度限制在 85°？

在 Redis 的 GEO 实现中，纬度范围被限制在 [-85°, 85°] ，而不是理论上的 [-90°, 90°]。原因如下：

(1) Geohash 的边界问题

Geohash 使用 Z 阶曲线（Z-order curve） 对二维坐标进行编码。在极地附近（纬度接近 ±90°），经度的变化会导致 Geohash 值剧烈波动，导致：

相邻地理位置的 Geohash 值差异巨大，破坏局部性（locality）。
范围查询（GEORADIUS）效率降低，因为 Geohash 无法有效表示极地区域。

(2) 地球的投影变形

在高纬度地区（如北极/南极附近），墨卡托投影（Mercator Projection） 会导致严重的形变，使得距离计算不准确。
Redis 使用 Haversine 公式 计算球面距离，但高纬度地区的计算误差会显著增加。

(3) 源码中的限制

在 Redis 的 geo.c 中，可以看到对纬度的限制：

plain 复制代码

// redis/src/geo.c
int decodeGeohash(double bits, double *xy) {
    // ...
    if (xy[1] > 85.05112878 || xy[1] < -85.05112878) {
        return 0; // 纬度超出范围
    }
    // ...
}

这里的 85.05112878° 是 Web Mercator 投影 的最大有效纬度（由 arctan(sinh(π)) 计算得出）。

3. 总结

关键点	说明
底层数据结构	使用 Sorted Set（zset）存储，Geohash 编码为 `score`
Geohash 编码	52 位整数（26 位经度 + 26 位纬度）
纬度限制	限制在 `[-85°, 85°]` ，避免极地 Geohash 计算问题
原因	Geohash 局部性破坏、投影变形、计算误差

因此，Redis GEO 的实现既利用了 Sorted Set 的高效查询特性，又通过 Geohash 和纬度限制保证了地理计算的准确性和性能。