MySQL如何有效的存储IP地址？

前几天，阿粉的一个朋友去面试，他回来告诉我，面试官问他 IP 地址是怎么存在数据库的?他当时也没多想，直接就回答的存字符串啊(心想：这么简单的问题，怕不是看不起我吧)

前面这段权当看看，毕竟 IP地址 本来就是一个字符串，存放在数据库作为字符穿类型，也是无可厚非的。但是，阿粉我可是一个喜欢换位思考的人，站在面试官的角度，你觉得我会问这么一个低级的问题么?那么档案当然是否定的。所以，面试官想知道的是你对这个问题会不会有深度思考，从此来一定程度的判断你在平常的开发中只是一个单纯的 "搬砖" 的码农，还是一个有灵魂的 Coder 。

序言

针对这个问题，首先声明一下，将 IP地址 以字符串的形式保存在数据库是完全没问题的。那么你可能就有疑问了?既然没问题，那你还在这里瞎比比什么呢?

虽然，这是一个前后矛盾的话题，但是除了存字符串以外，我们还有其他的存储方式。例如比较常用的，将 IP地址 存成 int 型的数据，这种存储方式虽然实现起来不复杂，但是能想到该方法，也从一定程度上表明了你是一个善于思考，对数据底层基础把握的比较到位。

因为一个 int 型的数据占 4 个字节，每个字节 8 位，其范围就是 0~(2^8-1)，而 ipv4地址 可以分成4段，每段的范围是 0~255 刚刚好能存下，所以将其稍稍转换，就巧妙的将 IP地址 用最小的空间存在了数据库中(接下来的描述若无特殊说明，则都是指的 ipv4地址)。可能你会觉得这个小小的改变没有什么关系，但是当数据量越来越多的时候，15个字节和4个字节相差的数据量会让你吃惊。所以在设计数据库的时候，字段类型用合适的，够用就行，能省则省。

正如在《高性能MySQL 第3版》第4.1.7节时，作者建议当存储IPv4地址时，应该使用32位的无符号整数(UNSIGNED INT)来存储IP地址，而不是使用字符串的原理一样。

相对字符串存储，使用无符号整数来存储有如下的好处：

• 节省空间，不管是数据存储空间，还是索引存储空间
• 便于使用范围查询(BETWEEN…AND)，且效率更高

通常，在保存IPv4地址时，一个IPv4最小需要7个字符，最大需要15个字符，所以，使用VARCHAR(15)即可。MySQL在保存变长的字符串时，还需要额外的一个字节来保存此字符串的长度。而如果使用无符号整数来存储，只需要4个字节即可。另外还可以使用4个字段分别存储IPv4中的各部分，但是通常这不管是存储空间和查询效率应该都不是很高(虽然有的场景适合使用这种方式存储)。不过使用无符号整数来存储也有不便于阅读和需要手动转换的缺点。

工具类实现转换

而要实现将IP地址存储成 int 型保存在数据库中，一种是通过java代码中的 移位操作 和 & 计算得到相应的值：

packagecom.java.mmzsit;

/**
*@author：mmzsblog
*@description：Ipv4地址的转换
*@date：2020/5/2722:43
*/
publicclassIpv4Covert{
publicstaticvoidmain(String[]args){
Stringip="10.108.149.219";

//step1:分解IP字符串，并对应写对字节数组
byte[]ip1=ipToBytes(ip);

//step2:对字节数组里的每个字节进行左移位处理，分别对应到整型变量的4个字节
intip2=bytesToInt(ip1);
System.out.println("整型ip---->"+ip2);

//step3:对整型变量进行右位移处理，恢复IP字符串
Stringip3=intToIp(ip2);
System.out.println("字符串ip---->"+ip3);

}


/**
*把IP地址转化为int
*@paramipAddr
*@returnint
*/
publicstaticbyte[]ipToBytesByReg(StringipAddr){
byte[]ret=newbyte[4];
try{
String[]ipArr=ipAddr.split("\\.");
ret[0]=(byte)(Integer.parseInt(ipArr[0])&0xFF);
ret[1]=(byte)(Integer.parseInt(ipArr[1])&0xFF);
ret[2]=(byte)(Integer.parseInt(ipArr[2])&0xFF);
ret[3]=(byte)(Integer.parseInt(ipArr[3])&0xFF);
returnret;
}catch(Exceptione){
thrownewIllegalArgumentException(ipAddr+"isinvalidIP");
}

}



/**
*第一步，把IP地址分解为一个btye数组
*/
publicstaticbyte[]ipToBytes(StringipAddr){
//初始化字节数组，定义长度为4
byte[]ret=newbyte[4];
try{
String[]ipArr=ipAddr.split("\\.");
//将字符串数组依次写入字节数组
ret[0]=(byte)(Integer.parseInt(ipArr[0]));
ret[1]=(byte)(Integer.parseInt(ipArr[1]));
ret[2]=(byte)(Integer.parseInt(ipArr[2]));
ret[3]=(byte)(Integer.parseInt(ipArr[3]));
returnret;
}catch(Exceptione){
thrownewIllegalArgumentException("invalidIP:"+ipAddr);
}
}

/**
*根据位运算把byte[]->int
*原理：将每个字节强制转化为8位二进制码，然后依次左移8位，对应到Int变量的4个字节中
*/
publicstaticintbytesToInt(byte[]bytes){
//先移位后直接强转的同时指定位数
intaddr=bytes[3]&0xFF;
addr|=((bytes[2]<<8)&0xFF00);
addr|=((bytes[1]<<16)&0xFF0000);
addr|=((bytes[0]<<24)&0xFF000000);
returnaddr;
}

/**
*把int->string地址
*
*@paramipInt
*@returnString
*/
publicstaticStringintToIp(intipInt){
//先强转二进制，再进行移位处理
returnnewStringBuilder()
//右移3个字节（24位），得到IP地址的第一段也就是byte[0],为了防止符号位是1也就是负数，最后再一次&0xFF
.append(((ipInt&0xFF000000)>>24)&0xFF).append('.')
.append((ipInt&0xFF0000)>>16).append('.')
.append((ipInt&0xFF00)>>8).append('.')
.append((ipInt&0xFF))
.toString();
}
}

其实这是一种二进制的思维，也是计算技术中广泛采用的一种数制，虽然平时用的不多，但是熟练掌握后，有助于加强我们对机器语言的理解和提升我们的编码水平，特别是面对资源紧张(运存)的场景时，有助于我们分析和优化问题。

数据库函数实现转换

另一种方式就是通过数据库自带的函数 INET_ATON 和 INET_NTOA 进行转化：

mysql>SELECTINET_ATON('192.168.0.1');
+--------------------------+
|INET_ATON('192.168.0.1')|
+--------------------------+
|3232235521|
+--------------------------+
1rowinset

mysql>SELECTINET_NTOA(3232235521);
+-----------------------+
|INET_NTOA(3232235521)|
+-----------------------+
|192.168.0.1|
+-----------------------+
1rowinset

如果是 IPv6地址 的话，则使用函数 INET6_ATON 和 INET6_NTOA 进行转化：

mysql>SELECTHEX(INET6_ATON('1030::C9B4:FF12:48AA:1A2B'));

+----------------------------------------------+
|HEX(INET6_ATON('1030::C9B4:FF12:48AA:1A2B'))|
+----------------------------------------------+
|1030000000000000C9B4FF1248AA1A2B|
+----------------------------------------------+
1rowinset

mysql>SELECTINET6_NTOA(UNHEX('1030000000000000C9B4FF1248AA1A2B'));
+-------------------------------------------------------+
|INET6_NTOA(UNHEX('1030000000000000C9B4FF1248AA1A2B'))|
+-------------------------------------------------------+
|1030::c9b4:ff12:48aa:1a2b|
+-------------------------------------------------------+
1rowinset

然后数据库定义为 varbinary 类型，分配 128bits 空间(因为 ipv6采用的是128bits，16个字节);或者定义为 char 类型，分配 32bits 空间。

用数据库的函数的话，只需要在 IP地址 入库时，稍稍做一下转换即可，方便快捷；而且到了这里，你不觉得将IP地址转换成数字存储是一种不错的选择么，毕竟数据库都帮我们考虑到了这一点，也间接性的证明了这的确是一种可行、并且不错的存储方式。