redis中bitmap的使用及场景，如何操作

news2024/11/25 11:26:20

一、概念

在Redis数据库中，Bitmap（位图）是一种特殊的数据结构，它不是一个独立的数据类型，而是基于String类型实现的。Bitmap主要用于存储大量二进制位（0或1）的数据，这些位可以代表不同的状态或标志。

这里的二值状态就是指集合元素的取值就只有 0 和 1 两种。例如在签到打卡的场景中，我们只用记录签到（1）或未签到（0），所以它就是非常典型的二值状态。在签到统计时，每个用户一天的签到用 1 个 bit 位就能表示，一个月（假设是 31 天）的签到情况用 31 个 bit 位就可以，而一年的签到也只需要用 365 个 bit 位，根本不用太复杂的集合类型。这个时候，我们就可以选择 Bitmap。

二、存储原理

Redis的Bitmap实际上是利用String类型的最大容量（512 MB）存储一个连续的二进制序列，其中每个字节的8位可以分别代表8个独立的状态。这意味着你可以用一个Bitmap来跟踪多达数百万甚至数十亿的状态，只要状态总数不超过 2^(8 * (512 MB / 1 byte))，即大约 2^32 个状态（考虑到字符串末尾的结束符，实际可用的偏移量上限是 2^32 - 1）。

三、常见操作

Redis提供了丰富的Bitmap操作命令，包括但不限于：

SETBIT key offset value：设置指定偏移量处的位状态。
GETBIT key offset：获取指定偏移量处的位状态。
BITCOUNT key [start end]：统计给定范围内为1的位的数量。
BITOP operation destkey key [key ...]：执行针对多个Bitmap的并集、交集、差集等位操作。

SETBIT

SETBIT key offset value

对 key 所储存的字符串值，设置或清除指定偏移量上的位(bit)。

位的设置或清除取决于 value 参数，可以是 0 也可以是 1 。

当 key 不存在时，自动生成一个新的字符串值。

字符串会进行伸展(grown)以确保它可以将 value 保存在指定的偏移量上。当字符串值进行伸展时，空白位置以 0 填充。

offset 参数必须大于或等于 0 ，小于 2^32 (bit 映射被限制在 512 MB 之内)。

GETBIT

GETBIT key offset

对 key 所储存的字符串值，获取指定偏移量上的位(bit)。

当 offset 比字符串值的长度大，或者 key 不存在时，返回 0 。

BITCOUNT

BITCOUNT key [start] [end]

计算给定字符串中，被设置为 1 的比特位的数量。

一般情况下，给定的整个字符串都会被进行计数，通过指定额外的 start 或 end 参数，可以让计数只在特定的位上进行。

start 和 end 参数的设置和 GETRANGE 命令类似，都可以使用负数值：比如 -1 表示最后一个位，而 -2 表示倒数第二个位，以此类推。

不存在的 key 被当成是空字符串来处理，因此对一个不存在的 key 进行 BITCOUNT 操作，结果为 0 。

BITOP （返回值是以字节为单位，包含8位，这8位中只要有一个有1便返回1，例：偏移量 3是1 9是1 返回2 偏移量1是1 3是1 都在8位内返回1）

BITOP operation destkey key [key ...]

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。