Redis位图bitMap
位图由一系列二进制位组成，每个位可以被设置为1或0，当我们在处理需要高效存储和操作大量二进制位数据的适合，位图是一个非常有用的工具。
位图操作命令有：
- SETBIT：设置位图中指定位置的位的值。可以将位设置为 0 或 1。
- GETBIT：获取位图中指定位置的位的值。
- BITCOUNT：计算位图中置为 1 的位的数量。
- BITOP：对多个位图执行逻辑运算（AND、OR、XOR、NOT）。
- BITFIELD：执行复杂的位字段操作，允许你在位图上进行位级别的读写操作。
其中，用的最多的是前三个操作，示例如下：
位图的应用十分广泛，包括但不限于以下几方面：
- 统计用户活跃度：可以使用位图追踪用户的登录活动，每个用户对应一个位图，每天的登录状态可以用一个二进制位表示，通过 BITOP 命令可以计算多个用户的交集，从而得到活跃用户的统计信息。
- 数据压缩：位图可以高效地存储大量的二进制数据，比如布隆过滤器（Bloom Filter）就是基于位图实现的一种数据结构，用于快速判断元素是否存在。
- 事件计数：可以使用位图记录每天不同时间段的事件发生情况，比如网站的访问量，每个时间段对应一个位图，每次事件发生时将对应的位设置为 1，通过 BITCOUNT 命令可以计算出每个时间段的事件数量。
- 权限管理：可以使用位图来管理用户的权限，每个用户对应一个位图，每个权限对应一个二进制位，通过 BITOP 命令可以进行权限的并集、交集等操作。
RedisTemplate操作位图
在之前的几篇文章中，我们总结了一个Redis工具类，但是那个工具类中，并没有和位图相关的操作，这里添加和位图操作相关的方法：
// value: true为1， false为0
public boolean setBit(String key, int offset, boolean value) {
return redisTemplate.opsForValue().setBit(key, offset, value);
}
public boolean getBit(String key, int offset) {
return redisTemplate.opsForValue().getBit(key, offset);
}
/**
* 统计对应值为1 的数量
* @param key
* @return
*/
public long bitCount(String key) {
if (StringUtils.isEmpty(key)) {
return 0L;
}
return redisTemplate.execute((RedisCallback<Long>) con -> con.bitCount(key.getBytes()));
}
/**
* 统计在字节范围内，对应值为1的数量
* @param key
* @param start
* @param end
* @return
*/
public Long bitCount(String key, long start, long end) {
return redisTemplate.execute((RedisCallback<Long>) con -> con.bitCount(key.getBytes(), start, end));
}
添加测试类，用于测试位图操作：
package org.example;
import org.example.util.RedisUtils;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;
@SpringBootTest
public class RedisBitMapTest {
@Autowired
private RedisUtils redisUtils;
@Test
public void testBitMap() {
redisUtils.setBit("bit", 0, true);
redisUtils.setBit("bit", 1, true);
redisUtils.setBit("bit", 3, true);
redisUtils.setBit("bit", 7, true);
System.out.println(redisUtils.bitCount("bit"));
}
}
执行结果如下：
我们通过Redis可视化工具，查看bit的值，可以看出其二进制值与我们操作的一致
位图应用之签到
在很多时候，我们遇到用户签到的场景，用户进入应用时，获取用户当天的签到情况，如果没有签到，用户可以签到，一般这种功能，可以通过set数据结构或bitMap来实现，但bitMap和set相比，其占用的空间更小，因此我们选择使用bitMap来实现签到的功能。
SignService：
package org.example.util;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.connection.BitFieldSubCommands;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Service;
import java.time.LocalDate;
import java.util.List;
@Service
public class SignService {
@Autowired
private RedisUtils redisUtils;
@Autowired
private RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;
/**
* 签到
* @param id
*/
public void sign(Integer id) {
LocalDate now = LocalDate.now();
String key = buildCacheKey(id, now);
int dayOfMonth = now.getDayOfMonth();
// 签到
redisUtils.setBit(key, dayOfMonth, true);
}
/**
* 判断是否签到
*/
public boolean isSign(Integer id) {
LocalDate now = LocalDate.now();
String key = buildCacheKey(id, now);
int dayOfMonth = now.getDayOfMonth();
return redisUtils.getBit(key, dayOfMonth);
}
/**
* 获取当月的签到次数
* @param id
* @return
*/
public Long getSignCountOfThisMonth(Integer id) {
LocalDate now = LocalDate.now();
String key = buildCacheKey(id, now);
int dayOfMonth = now.getDayOfMonth();
List<Long> result = redisTemplate.opsForValue().bitField(key,
BitFieldSubCommands.create()
.get(BitFieldSubCommands.BitFieldType.unsigned(dayOfMonth)).valueAt(1));
if (result == null || result.isEmpty()) {
return 0L;
}
Long num = result.get(0);
if (num == null || num == 0) {
return 0L;
}
String binaryStr = Long.toString(num, 2);
long count = 0;
for (int i = 0; i < binaryStr.length(); i++) {
char ch = binaryStr.charAt(i);
if (ch == '1') {
count ++;
}
}
return count;
}
/**
* 获取本月连续签到次数
* @param id
* @return
*/
public Long getContinuousSignCountOfThisMonth(Integer id) {
LocalDate now = LocalDate.now();
String key = buildCacheKey(id, now);
int dayOfMonth = now.getDayOfMonth();
List<Long> result = redisTemplate.opsForValue().bitField(key,
BitFieldSubCommands.create()
.get(BitFieldSubCommands.BitFieldType.unsigned(dayOfMonth)).valueAt(1));
if (result == null || result.isEmpty()) {
return 0L;
}
Long num = result.get(0);
if (num == null || num == 0) {
return 0L;
}
long count = 0;
while (true) {
if ((num & 1) == 0) {
break;
} else {
count ++;
}
num >>>= 1;
}
return count;
}
private String buildCacheKey(Integer id, LocalDate localDate) {
int year = localDate.getYear();
int monthValue = localDate.getMonthValue();
String key = "sign:" + year + ":" + monthValue + ":" + id;
return key;
}
}
测试代码如下：
@Autowired
private SignService signService;
@Test
public void testSign() {
// 签到
signService.sign(1);
// 判断是否签到
System.out.println("是否签到：" + signService.isSign(1));
// 获取当月的签到次数
System.out.println("当月的签到次数：" + signService.getSignCountOfThisMonth(1));
// 获取当月的连续签到次数
System.out.println("当月连续签到次数：" + signService.getContinuousSignCountOfThisMonth(1));
}
运行结果如下：
