一、原理

先聲明一下：Redis 有5種數(shù)據(jù)類(lèi)型，而 BitMap 在 Redis 中并不是一個(gè)新的數(shù)據(jù)類(lèi)型，其底層是 Redis 實(shí)現(xiàn)。

通常情況下，我們?cè)?redis 中存儲(chǔ)一個(gè)字符串，如：“big”，它的位圖如下：

0.001kb = 1b = 8bit

所以，字符串“big”占3個(gè)字符，也就是24個(gè)bit位。

Redis 從 2.2.0 版本開(kāi)始新增了 setbit，getbit，bitcount 等幾個(gè) bitmap 相關(guān)命令。雖然是新命令，但是并沒(méi)有新增新的數(shù)據(jù)類(lèi)型，因?yàn)?setbit 等命令只不過(guò)是在 set 上的擴(kuò)展。

利用上述命令，Redis 可以操作二進(jìn)制的位，可以取/改每一個(gè)位對(duì)應(yīng)的值，簡(jiǎn)單寫(xiě)幾個(gè)：

127.0.0.1:6379 > set hello big
"OK"
127.0.0.1:6379 > getbit hello 0
"0"
127.0.0.1:6379 > getbit hello 1
"1"
127.0.0.1:6379 > setbit hello 7 1
"0"
127.0.0.1:6379 > get hello
"cig"

通過(guò)上面的例子，我們可以發(fā)現(xiàn)：

• getbit，setbit 可以對(duì)字符串進(jìn)行位操作，可以獲取/修改某位上的值；
• 字符串的位修改以后，字符串本身也發(fā)生了根本變化，big -> cig。

BitMap 原本的含義是用一個(gè) bit 位來(lái)進(jìn)行0或者1的設(shè)置，映射某個(gè)元素的狀態(tài)。

由于一個(gè)比特位只能表示 0 和 1 兩種狀態(tài)，也就是說(shuō)一個(gè) bit 能存儲(chǔ)的最多信息量是 2，所以 BitMap 能映射的狀態(tài)有限，但是使用比特位的優(yōu)勢(shì)是能大量的節(jié)省內(nèi)存空間。

二、BitMap 相關(guān)命令

在 Redis 中，Bitmap 是一串連續(xù)的2進(jìn)制數(shù)字（0或1），所以，可以把 Bitmaps 想象成一個(gè)以比特位為單位的數(shù)組，數(shù)組的每一位所在的位置為偏移(offset)，數(shù)組的下標(biāo)在 Bitmaps 中叫做偏移量，在 bitmap 上可執(zhí)行AND,OR,XOR以及其它位操作。

# 設(shè)置值，其中value只能是 0 和 1
setbit key offset value
# 獲取值
getbit key offset
# 獲取指定范圍內(nèi)值為 1 的個(gè)數(shù)
# start 和 end 以字節(jié)為單位
bitcount key start end
# BitMap間的運(yùn)算
# operations 位移操作符，枚舉值
  AND 與運(yùn)算 &
  OR 或運(yùn)算 |
  XOR 異或 ^
  NOT 取反 ~
# result 計(jì)算的結(jié)果，會(huì)存儲(chǔ)在該key中
# key1 … keyn 參與運(yùn)算的key，可以有多個(gè)，空格分割，not運(yùn)算只能一個(gè)key
# 當(dāng) BITOP 處理不同長(zhǎng)度的字符串時(shí)，較短的那個(gè)字符串所缺少的部分會(huì)被看作 0。返回值是保存到 destkey 的字符串的長(zhǎng)度（以字節(jié)byte為單位），和輸入 key 中最長(zhǎng)的字符串長(zhǎng)度相等。
bitop [operations] [result] [key1] [keyn…]
# 返回指定key中第一次出現(xiàn)指定value(0/1)的位置
bitpos [key] [value]

三、BitMap 空間計(jì)算

因?yàn)?BitMap 中的 bit 位 是 字符串的映射，字符串在 value 中的存儲(chǔ)是有上限的，所以 BitMap 的valu額存儲(chǔ)空間可以用相同的方式計(jì)算。

Redis 中字符串的最大長(zhǎng)度是 512M，所以 BitMap 的 offset （偏移量）最大值為：

512 * 1024 * 1024 * 8 = 2^32

四、使用場(chǎng)景

1. 用戶(hù)簽到

很多網(wǎng)站都提供了簽到功能，并且需要展示最近一個(gè)月的簽到情況，這種情況可以使用 BitMap 來(lái)實(shí)現(xiàn)。 根據(jù)日期 offset = （今天是一年中的第幾天） % （今年的天數(shù)），key = 年份：用戶(hù)id。

如果需要將用戶(hù)的詳細(xì)簽到信息入庫(kù)的話(huà)，可以考慮使用一個(gè)一步線程來(lái)完成。

# 2021年第一天，用戶(hù)Id = userId 的用戶(hù)簽到
setbit 2021:userId 1 1

2. 統(tǒng)計(jì)活躍用戶(hù)（用戶(hù)登陸情況）

使用日期作為 key，然后用戶(hù) id 為 offset，如果當(dāng)日活躍過(guò)就設(shè)置為1。具體怎么樣才算活躍這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大家可以自己指定。

假如：

• 20220101 活躍用戶(hù)情況是： [1，0，1，1，0]
• 20220102 活躍用戶(hù)情況是 ：[ 1，1，0，1，0 ]

統(tǒng)計(jì)連續(xù)兩天活躍的用戶(hù)總數(shù)：

bitop and dest1 20220101 20220102 
# dest1 中值為1的offset，就是連續(xù)兩天活躍用戶(hù)的ID
bitcount dest1

統(tǒng)計(jì)20220101 ~ 20220102 活躍過(guò)的用戶(hù)總數(shù)：

bitop or dest2 20220101 20220102
# dest2 中值為1的offset，就是兩天都活躍的用戶(hù)的ID
bitcount dest2

3. 統(tǒng)計(jì)用戶(hù)在線狀態(tài)

如果需要提供一個(gè)查詢(xún)當(dāng)前用戶(hù)是否在線的接口，也可以考慮使用 BitMap ，即節(jié)約空間效率又高，只需要一個(gè) key，然后用戶(hù) id 為 offset，如果在線就設(shè)置為 1，不在線就設(shè)置為 0。

# userId 登錄，設(shè)置狀態(tài)為1
setbit key userId 1
# 獲取 userId 的狀態(tài)：1 - 在線；0 - 不在線
getbit key userId

4. 實(shí)現(xiàn)布隆過(guò)濾器

布隆過(guò)濾器解決緩存穿透。

五、總結(jié)

• bigmap 基于最小的單位bit進(jìn)行存儲(chǔ)，最大優(yōu)勢(shì)是非常省空間；
• 設(shè)置時(shí)候時(shí)間復(fù)雜度O(1)、讀取時(shí)候時(shí)間復(fù)雜度O(n)，操作是非?？斓?；
• 二進(jìn)制數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，進(jìn)行相關(guān)計(jì)算的時(shí)候非?？?，也能方便擴(kuò)容；
• 不要給一個(gè)很短的 bigmap 設(shè)置很長(zhǎng)位的偏移量的值，這樣有可能堵塞。

到此這篇關(guān)于關(guān)于Redis中bitmap的原理和使用詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Redis的bitmap原理和使用內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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