Redis中Bitmap的使用示例

在日常开发过程中，经常会有一些 bool 类型数据需要存取。比如记录用户一年内签到的次数，签了是 1，没签是 0。如果使用 key-value 来存储，那么每个用户都要记录 365 次，当用户成百上亿时，需要的存储空间将非常巨大。解决这个问题，可以使用redis中的位图。

位图（bitmap）同样属于 string 数据类型。Redis 中一个字符串类型的值最多能存储 512 MB 的内容，每个字符串由多个字节组成，每个字节又由 8 个 Bit 位组成。位图结构正是使用“位”来实现存储的，它通过将比特位设置为 0 或 1来达到数据存取的目的，这大大增加了 value 存储数量，它存储上限为2^32。

位图本质上就是一个普通的字节串，也就是 bytes 数组。您可以使用getbit/setbit命令来处理这个位数组，位图的结构如下所示：

位图适用于一些特定的应用场景，比如用户签到次数、或者登录次数等。上图是表示一位用户 10 天内来网站的签到次数，1 代表签到，0 代表未签到，这样可以很轻松地统计出用户的活跃程度。相比于直接使用字符串而言，位图中的每一条记录仅占用一个 bit 位，从而大大降低了内存空间使用率。

Redis 官方也做了一个实验，他们模拟了一个拥有 1 亿 2 千 8 百万用户的系统，然后使用 Redis 的位图来统计“日均用户数量”，最终所用时间的约为 50ms，且仅仅占用 16 MB内存。

位图应用原理

某网站要统计一个用户一年的签到记录，若用 sring 类型存储，则需要 365 个键值对。若使用位图存储，用户签到就存 1，否则存 0。最后会生成 00010101… 这样的存储结果，其中每天的记录只占一位，一年就是 365 位，约为 46 个字节。如果只想统计用户签到的天数，那么统计 1 的个数即可。

位图操作的优势，相比于字符串而言，它不仅效率高，而且还非常的节省空间。

Redis 的位数组是自动扩展的，如果设置了某个偏移位置超出了现有的内容范围，位数组就会自动扩充。

位图常用命令

1) SETBIT命令

用来设置或者清除某一位上的值，其返回值是原来位上存储的值。key 在初始状态下所有的位都为 0 ，示例如下：

SETBIT key offset value

其中 offset 表示偏移量，从 0 开始。示例如下：

127.0.0.1:6379> SET user:1 a
OK
#设置偏移量offset为0
127.0.0.1:6379> SETBIT user:1 0 1
(integer) 0
#当对应位的字符是不可打印字符，redis会以16进制形式显示
127.0.0.1:6379> GET user:1
"\xe1"

2) GETBIT命令

用来获取某一位上的值。示例如下：

127.0.0.1:6379> GETBIT user:1 0
(integer) 1

当偏移量 offset 比字符串的长度大，或者当 key 不存在时，返回 0。

redis> EXISTS bits
(integer) 0
redis> GETBIT bits 100000
(integer) 0

3) BITCOUNT命令

统计指定位区间上，值为 1 的个数。语法格式如下：

BITCOUNT key [start end]

示例如下：

127.0.0.1:6379> BITCOUNT user:1
(integer) 8

通过指定的 start 和 end 参数，可以让计数只在特定的字节上进行。start 和 end 参数和 GETRANGE 命令的参数类似，都可以使用负数，比如 -1 表示倒数第一个位， -2 表示倒数第二个位。.

4）Redis Bitop 命令

对一个或多个保存二进制位的字符串 key 进行位元操作，并将结果保存到 destkey 上

语法：operation 可以是 AND 、 OR 、 NOT 、 XOR 这四种操作中的任意一种：

BITOP AND destkey key [key …] ，对一个或多个 key 求逻辑并，并将结果保存到 destkey 。
BITOP OR destkey key [key …] ，对一个或多个 key 求逻辑或，并将结果保存到 - destkey 。
BITOP XOR destkey key [key …] ，对一个或多个 key 求逻辑异或，并将结果保存到 destkey 。
BITOP NOT destkey key ，对给定 key 求逻辑非，并将结果保存到 destkey 。

除了 NOT 操作之外，其他操作都可以接受一个或多个 key 作为输入。

场景

统计当日活跃用户

每日活跃统计创建一个bitmap键，当用户活跃了根据用户id的偏移量来设置
对应的位为1

用户签到

每个用户创建一个位图的键，以某一天为基础，之后的天数距离这一天的天数为偏移量，
如果用户点击了签到，则设置对用的偏移位为1。

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