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Redis中Bitmap的使用示例

更新時(shí)間：2022年05月16日 11:55:43 作者：Hu客

本文主要介紹了Redis中Bitmap的使用示例，文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，需要的朋友們下面隨著小編來(lái)一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

在日常開(kāi)發(fā)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)有一些 bool 類型數(shù)據(jù)需要存取。比如記錄用戶一年內(nèi)簽到的次數(shù)，簽了是 1，沒(méi)簽是 0。如果使用 key-value 來(lái)存儲(chǔ)，那么每個(gè)用戶都要記錄 365 次，當(dāng)用戶成百上億時(shí)，需要的存儲(chǔ)空間將非常巨大。解決這個(gè)問(wèn)題，可以使用redis中的位圖。

位圖（bitmap）同樣屬于 string 數(shù)據(jù)類型。Redis 中一個(gè)字符串類型的值最多能存儲(chǔ) 512 MB 的內(nèi)容，每個(gè)字符串由多個(gè)字節(jié)組成，每個(gè)字節(jié)又由 8 個(gè) Bit 位組成。位圖結(jié)構(gòu)正是使用“位”來(lái)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的，它通過(guò)將比特位設(shè)置為 0 或 1來(lái)達(dá)到數(shù)據(jù)存取的目的，這大大增加了 value 存儲(chǔ)數(shù)量，它存儲(chǔ)上限為2^32。

位圖本質(zhì)上就是一個(gè)普通的字節(jié)串，也就是 bytes 數(shù)組。您可以使用getbit/setbit命令來(lái)處理這個(gè)位數(shù)組，位圖的結(jié)構(gòu)如下所示：

位圖適用于一些特定的應(yīng)用場(chǎng)景，比如用戶簽到次數(shù)、或者登錄次數(shù)等。上圖是表示一位用戶 10 天內(nèi)來(lái)網(wǎng)站的簽到次數(shù)，1 代表簽到，0 代表未簽到，這樣可以很輕松地統(tǒng)計(jì)出用戶的活躍程度。相比于直接使用字符串而言，位圖中的每一條記錄僅占用一個(gè) bit 位，從而大大降低了內(nèi)存空間使用率。

Redis 官方也做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，他們模擬了一個(gè)擁有 1 億 2 千 8 百萬(wàn)用戶的系統(tǒng)，然后使用 Redis 的位圖來(lái)統(tǒng)計(jì)“日均用戶數(shù)量”，最終所用時(shí)間的約為 50ms，且僅僅占用 16 MB內(nèi)存。

位圖應(yīng)用原理

某網(wǎng)站要統(tǒng)計(jì)一個(gè)用戶一年的簽到記錄，若用 sring 類型存儲(chǔ)，則需要 365 個(gè)鍵值對(duì)。若使用位圖存儲(chǔ)，用戶簽到就存 1，否則存 0。最后會(huì)生成 00010101… 這樣的存儲(chǔ)結(jié)果，其中每天的記錄只占一位，一年就是 365 位，約為 46 個(gè)字節(jié)。如果只想統(tǒng)計(jì)用戶簽到的天數(shù)，那么統(tǒng)計(jì) 1 的個(gè)數(shù)即可。

位圖操作的優(yōu)勢(shì)，相比于字符串而言，它不僅效率高，而且還非常的節(jié)省空間。

Redis 的位數(shù)組是自動(dòng)擴(kuò)展的，如果設(shè)置了某個(gè)偏移位置超出了現(xiàn)有的內(nèi)容范圍，位數(shù)組就會(huì)自動(dòng)擴(kuò)充。

位圖常用命令

1) SETBIT命令

用來(lái)設(shè)置或者清除某一位上的值，其返回值是原來(lái)位上存儲(chǔ)的值。key 在初始狀態(tài)下所有的位都為 0 ，示例如下：

SETBIT key offset value

其中 offset 表示偏移量，從 0 開(kāi)始。示例如下：

127.0.0.1:6379> SET user:1 a
OK
#設(shè)置偏移量offset為0
127.0.0.1:6379> SETBIT user:1 0 1
(integer) 0
#當(dāng)對(duì)應(yīng)位的字符是不可打印字符，redis會(huì)以16進(jìn)制形式顯示
127.0.0.1:6379> GET user:1
"\xe1"

2) GETBIT命令

用來(lái)獲取某一位上的值。示例如下：

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

當(dāng)偏移量 offset 比字符串的長(zhǎng)度大，或者當(dāng) key 不存在時(shí)，返回 0。

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

3) BITCOUNT命令

統(tǒng)計(jì)指定位區(qū)間上，值為 1 的個(gè)數(shù)。語(yǔ)法格式如下：

BITCOUNT key [start end]

示例如下：

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

通過(guò)指定的 start 和 end 參數(shù)，可以讓計(jì)數(shù)只在特定的字節(jié)上進(jìn)行。start 和 end 參數(shù)和 GETRANGE 命令的參數(shù)類似，都可以使用負(fù)數(shù)，比如 -1 表示倒數(shù)第一個(gè)位， -2 表示倒數(shù)第二個(gè)位。.

4）Redis Bitop 命令

對(duì)一個(gè)或多個(gè)保存二進(jìn)制位的字符串 key 進(jìn)行位元操作，并將結(jié)果保存到 destkey 上

語(yǔ)法：operation 可以是 AND 、 OR 、 NOT 、 XOR 這四種操作中的任意一種：

BITOP AND destkey key [key …] ，對(duì)一個(gè)或多個(gè) key 求邏輯并，并將結(jié)果保存到 destkey 。
BITOP OR destkey key [key …] ，對(duì)一個(gè)或多個(gè) key 求邏輯或，并將結(jié)果保存到 - destkey 。
BITOP XOR destkey key [key …] ，對(duì)一個(gè)或多個(gè) key 求邏輯異或，并將結(jié)果保存到 destkey 。
BITOP NOT destkey key ，對(duì)給定 key 求邏輯非，并將結(jié)果保存到 destkey 。

除了 NOT 操作之外，其他操作都可以接受一個(gè)或多個(gè) key 作為輸入。