Redis实战——签到统计(BitMap的用法)

news2025/3/7 3:21:56

1. 什么是BitMap

我们针对签到功能完全可以通过mysql来完成,比如说以下这张表

 但是,用户一次签到,就是一条记录,假如有1000万用户,平均每人每年签到次数为10次,则这张表一年的数据量为 1亿条。

每签到一次需要使用(8 + 8 + 1 + 1 + 3 + 1)共22 字节的内存,一个月则最多需要600多字节。

我们如何能够简化一点呢?其实可以考虑小时候一个挺常见的方案,就是小时候,咱们准备一张小小的卡片,你只要签到就打上一个勾,我最后判断你是否签到,其实只需要到小卡片上看一看就知道了

 

我们可以采用类似这样的方案来实现我们的签到需求。 

我们可以按月来统计用户签到信息,签到记录为1,未签到则记录为0

把每一个bit位对应当月的每一天,形成了映射关系。用0和1标示业务状态,这种思路就称为位(BitMap)。这样我们就用极小的空间,来实现了大量数据的表示。

Redis中是利用string类型数据结构实现BitMap,因此最大上限是512M,转换为bit则是 2^32个bit位。

下图就是张三这个人这个月的签到情况,31位,0代表未签到,1代表签到

BitMap的操作命令有:

* SETBIT:向指定位置(offset)存入一个0或1


* GETBIT :获取指定位置(offset)的bit值


* BITCOUNT :统计BitMap中值为1的bit位的数量
* BITFIELD :操作(查询、修改、自增)BitMap中bit数组中的指定位置(offset)的值
* BITFIELD_RO :获取BitMap中bit数组,并以十进制形式返回

这里的u是无符号的意思 


* BITOP :将多个BitMap的结果做位运算(与 、或、异或)
* BITPOS :查找bit数组中指定范围内第一个0或1出现的位置 

2. 实现签到功能 

需求:实现签到接口,将当前用户当天签到信息保存到Redis中

思路:我们可以把年和月作为bitMap的key,然后保存到一个bitMap中,每次签到就到对应的位上把数字从0变成1,只要对应是1,就表明说明这一天已经签到了,反之则没有签到

我们通过接口文档发现,此接口并没有传递任何的参数,没有参数怎么确实是哪一天签到呢?这个很容易,可以通过后台代码直接获取即可,然后到对应的地址上去修改bitMap。

 

业务层代码:

@Override
public Result sign() {
    // 1.获取当前登录用户
    Long userId = UserHolder.getUser().getId();
    // 2.获取日期
    LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
    // 3.拼接key
    String keySuffix = now.format(DateTimeFormatter.ofPattern(":yyyyMM"));
    String key = USER_SIGN_KEY + userId + keySuffix;
    // 4.获取今天是本月的第几天
    int dayOfMonth = now.getDayOfMonth();
    // 5.写入Redis SETBIT key offset 1
    stringRedisTemplate.opsForValue().setBit(key, dayOfMonth - 1, true);
    return Result.ok();
}

测试,采用PostMan

 

今天20号,第19位为1,代表已经签到成功,其他位数是我为了测试连续签到功能后面加上去的 

 

 

3. 实现获取连续签到次数

 3个问题:

问题1:什么叫做连续签到天数?
从最后一次签到开始向前统计,直到遇到第一次未签到为止,计算总的签到次数,就是连续签到天数。

Java逻辑代码:获得当前这个月的最后一次签到数据,定义一个计数器,然后不停的向前统计,直到获得第一个非0的数字即可,每得到一个非0的数字计数器+1,直到遍历完所有的数据,就可以获得当前月的签到总天数了

问题2:如何得到本月到今天为止的所有签到数据?(使用BITFIELD)

  BITFIELD key GET u[dayOfMonth] 0

假设今天是10号,那么我们就可以从当前月的第一天开始,获得到当前这一天的位数,是10号,那么就是10位,去拿这段时间的数据,就能拿到所有的数据了,那么这10天里边签到了多少次呢?统计有多少个1即可。 

问题3:如何从后向前遍历每个bit位?

这里注意:bitMap返回的数据是10进制,哪假如说返回一个数字8,那么我哪儿知道到底哪些是0,哪些是1呢?我们只需要让得到的10进制数字和1做与运算就可以了,因为1只有遇见1 才是1,其他数字都是0 ,我们把签到结果和1进行与操作,每与一次拿到最后一个bit位,如果不为0,就把签到结果向右移动一位,计数器+1,继续循环。如果为0,直接结束循环。依次内推,我们就能完成逐个遍历的效果了。

需求:实现下面接口,统计当前用户截止当前时间在本月的连续签到天数

有用户有时间我们就可以组织出对应的key,此时就能找到这个用户截止这天的所有签到记录,再根据这套算法,就能统计出来他连续签到的次数了

业务逻辑:

@Override
public Result signCount() {
    // 1.获取当前登录用户
    Long userId = UserHolder.getUser().getId();
    // 2.获取日期
    LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
    // 3.拼接key
    String keySuffix = now.format(DateTimeFormatter.ofPattern(":yyyyMM"));
    String key = USER_SIGN_KEY + userId + keySuffix;
    // 4.获取今天是本月的第几天
    int dayOfMonth = now.getDayOfMonth();
    // 5.获取本月截止今天为止的所有的签到记录,返回的是一个十进制的数字 BITFIELD sign:5:202203 GET u20 0
    List<Long> result = stringRedisTemplate.opsForValue().bitField(
            key,
            BitFieldSubCommands.create()
                    .get(BitFieldSubCommands.BitFieldType.unsigned(dayOfMonth)).valueAt(0)
    );
    if (result == null || result.isEmpty()) {
        // 没有任何签到结果
        return Result.ok(0);
    }
    Long num = result.get(0);
    if (num == null || num == 0) {
        return Result.ok(0);
    }
    // 6.循环遍历
    int count = 0;
    while (true) {
        // 6.1.让这个数字与1做与运算,得到数字的最后一个bit位  // 判断这个bit位是否为0
        if ((num & 1) == 0) {
            // 如果为0,说明未签到,结束
            break;
        }else {
            // 如果不为0,说明已签到,计数器+1
            count++;
        }
        // 把数字右移一位,抛弃最后一个bit位,继续下一个bit位
        num >>>= 1;
    }
    return Result.ok(count);
}

 

 

 

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