Redis 中 BitMap 的使用场景

时间:2020-10-12 10:35:00 来源:互联网 作者: 神秘的大神 字体:

BitMap

BitMap 原本的含义是用一个比特位来映射某个元素的状态。由于一个比特位只能表示 0 和 1 两种状态,所以 BitMap 能映射的状态有限,但是使用比特位的优势是能大量的节省内存空间。

在 Redis 中,可以把 Bitmaps 想象成一个以比特位为单位的数组,数组的每个单元只能存储0和1,数组的下标在 Bitmaps 中叫做偏移量。

需要注意的是:BitMap 在 Redis 中并不是一个新的数据类型,其底层是 Redis 实现。

BitMap 相关命令

# 设置值,其中value只能是 0 和 1
setbit key offset value

# 获取值
getbit key offset

# 获取指定范围内值为 1 的个数
# start 和 end 以字节为单位
bitcount key start end

# BitMap间的运算
# operations 位移操作符,枚举值
  AND 与运算 &
  OR 或运算 |
  XOR 异或 ^
  NOT 取反 ~
# result 计算的结果,会存储在该key中
# key1 … keyn 参与运算的key,可以有多个,空格分割,not运算只能一个key
# 当 BITOP 处理不同长度的字符串时,较短的那个字符串所缺少的部分会被看作 0。返回值是保存到 destkey 的字符串的长度(以字节byte为单位),和输入 key 中最长的字符串长度相等。
bitop [operations] [result] [key1] [keyn…]

# 返回指定key中第一次出现指定value(0/1)的位置
bitpos [key] [value]

BitMap 占用的空间

在弄清 BitMap 到底占用多大的空间之前,我们再来重申下:Redis 其实只支持 5 种数据类型,并没有 BitMap 这种类型,BitMap 底层是基于 Redis 的字符串类型实现的。

我们通过下面的命令来看下 BitMap 占用的空间大小:

# 首先将偏移量是0的位置设为1
127.0.0.1:6379> setbit csx:key:1 0 1
(integer) 0
# 通过STRLEN命令,我们可以看到字符串的长度是1
127.0.0.1:6379> STRLEN csx:key:1
(integer) 1
# 将偏移量是1的位置设置为1
127.0.0.1:6379> setbit csx:key:1 1 1
(integer) 0
# 此时字符串的长度还是为1,以为一个字符串有8个比特位,不需要再开辟新的内存空间
127.0.0.1:6379> STRLEN csx:key:1
(integer) 1
# 将偏移量是8的位置设置成1
127.0.0.1:6379> setbit csx:key:1 8 1
(integer) 0
# 此时字符串的长度编程2,因为一个字节存不下9个比特位,需要再开辟一个字节的空间
127.0.0.1:6379> STRLEN csx:key:1
(integer) 2

通过上面的实验我们可以看出,BitMap 占用的空间,就是底层字符串占用的空间。假如 BitMap 偏移量的最大值是 OFFSET_MAX,那么它底层占用的空间就是:

(OFFSET_MAX/8)+1 = 占用字节数

因为字符串内存只能以字节分配,所以上面的单位是字节。

但是需要注意,Redis 中字符串的最大长度是 512M,所以 BitMap 的 offset 值也是有上限的,其最大值是:

8 * 1024 * 1024 * 512  =  2^32

由于 C语言中字符串的末尾都要存储一位分隔符,所以实际上 BitMap 的 offset 值上限是:

(8 * 1024 * 1024 * 512) -1  =  2^32 - 1

使用场景

1. 用户签到

很多网站都提供了签到功能,并且需要展示最近一个月的签到情况,这种情况可以使用 BitMap 来实现。
根据日期 offset = (今天是一年中的第几天) % (今年的天数),key = 年份:用户id。

如果需要将用户的详细签到信息入库的话,可以考虑使用一个一步线程来完成。

2. 统计活跃用户(用户登陆情况)

使用日期作为 key,然后用户 id 为 offset,如果当日活跃过就设置为1。具体怎么样才算活跃这个标准大家可以自己指定。

假如 20201009 活跃用户情况是: [1,0,1,1,0]
20201010 活跃用户情况是 :[ 1,1,0,1,0 ]

统计连续两天活跃的用户总数:

bitop and dest1 20201009 20201010 
# dest1 中值为1的offset,就是连续两天活跃用户的ID
bitcount dest1

统计20201009 ~ 20201010 活跃过的用户:

bitop or dest2 20201009 20201010 

3. 统计用户是否在线

如果需要提供一个查询当前用户是否在线的接口,也可以考虑使用 BitMap 。即节约空间效率又高,只需要一个 key,然后用户 id 为 offset,如果在线就设置为 1,不在线就设置为 0。

4. 实现布隆过滤器

参考