Redis 비트 작업을 사용하는 방법

이 문서의 Redis 테스트 코드는 다음 환경을 기반으로 합니다.

운영 체제: Mac OS 64비트

버전: Redis 5.0.7 64비트

실행 모드: 독립형 모드

redis 비트 작업

reids 비트 연산은 비트 배열 연산, 즉 비트맵이라고도 하며 이진 비트 배열 연산을 위한 SETBIT, GETBIT, BITCOUNT 및 BITTOP의 네 가지 명령을 제공합니다.

먼저 기본 연산 예를 살펴보겠습니다

SETBIT

구문: SETBIT 키 오프셋 값

즉, 명령어 키 오프셋 0/1

setbit 명령을 사용하여 비트 배열은 오프셋의 바이너리 비트 설정 값을 지정합니다. 오프셋은 0부터 계산되기 시작하며, 0과 1 이외의 값을 쓰면 쓰기가 실패합니다.

GETBIT

구문: ​​GETBIT key offset

즉: Command key offset

gitbit 명령은 비트 배열의 지정된 오프셋에서 이진 값을 가져오는 데 사용됩니다.

BITCOUNT

구문:BITCOUNT key

즉: command key

bitcount 명령은 지정된 키의 비트 배열에서 값이 1인 이진 비트 수를 가져오는 데 사용됩니다. 오프셋 0의 값을 1로, 부분 오프셋 10의 값은 1이고 오프셋 8의 값은 0입니다:

BITOP

구문: BITOP 연산 destkey key [key...]

즉, 명령 연산 결과 대상 키 key1 key2...

bitop 명령은 여러 비트 배열의 키에 대해 and(비트 AND) 또는(비트 OR), xor(비트 배타적 OR) 연산을 수행하고 설정할 수 있습니다. 작업 결과는 destkey로 전달됩니다. Medium:

기본 데이터 구조 분석

SDS는 Simple Dynamic String이라고 불리는 Redis의 데이터 구조이며 바이너리 안전합니다. 대부분의 경우 Redis의 문자열은 SDS를 사용하여 저장됩니다.

SDS의 데이터 구조:

struct sdshdr {   #记录buff数组中已使用字节的数量   #也是SDS所保存字符串的长度   int len;   #记录buff数组中未使用字节的数量   int free;   #字节数组，字符串就存储在这个数组里   char buff[];  }

데이터 저장 예시:

사진 출처 "redis 디자인 및 구현"

SDS의 장점:

1. Hongmeng 공식 전략적 협력 및 공동 구축 - HarmonyOS 기술 커뮤니티

2. 시간 복잡도는 O(1)

3. 버퍼 오버플로 제거

4. 문자열 길이 수정 시 필요한 메모리 재할당 횟수 감소

5. 바이너리 안전 API 연산

6. 호환성 부분 C 문자열 함수

SDS에 대한 자세한 소개는 "Redis 설계 및 구현" 문서를 참조하세요.

redis의 비트 배열은 문자열 문자열 데이터 형식으로 저장되며 문자열 개체는 위에서 언급한 SDS 단순 동적 문자열 데이터 구조를 사용합니다.

사진 출처 "Redis Design and Implementing"

다들 아시다시피 1바이트는 8개의 바이너리 비트, 즉 8개의 0 또는 1로 저장됩니다. 즉, 1바이트는 10진수 0을 저장할 수 있습니다. ~127이라는 숫자는 모든 것을 포함합니다. 숫자, 영문 대문자, 소문자, 구두점. 1Byte=8bit 디스크 저장 세계에서 각 바이트도 8비트이며 처음에는 모두 다음과 같습니다.

0 0 0 0 0 0 0 0

비트 연산은 해당 오프셋 오프셋에 0 또는 1을 설정하는 것입니다. 예를 들어 세 번째 비트를 1로 설정하면 is:

0 0 0 0 1 0 0 0  #对应redis操作即：  setbit key 3 1

이를 기준으로 오프셋을 13으로 설정하려는 경우 위치는 1로 설정됩니다. 즉,

setbit key 13 1  #对应redis中的存储为：  0 0 1 0 | 0 0 0 0 | 0 0 0 0 | 1 0 0 0

Time Complexity

GETBIT 명령 시간 복잡도 O(1)

STEBIT 명령 시간 복잡도 O(1)

BITCOUNT 명령 시간 복잡도 O(n)

BITOP 명령 시간 복잡도 O(n), O(n2)
시간이 왜 걸리는지 살펴보겠습니다. GETBIT 및 SETBIT 명령의 복잡도는 O(1)입니다. SETBIT 키 10086의 값이 1일 때 리드는 다음과 같이 계산됩니다.

비트 배열에 쓸 바이트를 가져옵니다: 10086÷8=1260 , 비트 배열의 아래 첨자 1260에 기록해야 하는 바이트
기록할 이 바이트의 비트 번호를 가져옵니다: 10086 mod 8 = 6. 이 바이트의 인덱스는 6에 기록되어야 합니다. 7번째 비트.

이 두 가지 계산 방법을 통해 비트 연산의 GETBIT과 SETBIT가 상수 계산이므로 시간 복잡도가 O(1)임을 확실히 알 수 있습니다.

BITCOUNT 명령은 전체 비트 배열의 모든 요소를 ​​순회하여 값이 1인 요소 수를 계산해야 합니다. 물론 redis는 빅 데이터가 있는 비트에 대해 bitcount 명령을 실행할 때 일련의 복잡한 최적화 알고리즘을 갖게 됩니다. 그러나 핵심 아이디어는 여전히 동일합니다. 이는 부분 순회 쿼리 수를 줄이는 것 이상입니다. 128비트가 하나의 통과로 명시적으로 사용되는 경우 통과해야 하는 횟수는 모든 숫자를 128로 나눈 값과 같습니다.

BITTOP 명령은 작업에 따라 실행 방법이 다릅니다. 예를 들어 AND 연산의 경우 비트 값이 1인지 확인해야 합니다.

저장 공간 계산

위의 소개를 바탕으로 Redis 기반의 비트 배열 데이터 구조를 사용하여 데이터를 저장함으로써 차지하는 메모리 크기를 계산하는 방법을 알 수 있습니다. 예를 들어 100억 개의 데이터가 있는 경우 필요한 바이트 배열은 다음과 같습니다.

1000000000÷8÷1024÷1024≈119.21MB

즉, 10억 개의 데이터를 저장하는 데 약 119MB의 메모리 공간만 필요합니다. 16G 및 16G Redis의 32G 클러스터 버전에는 전혀 문제가 없습니다.

가지고 있는 데이터의 양이 많지 않은 경우 시작 오프셋을 너무 크게 만들지 마세요. 예를 들어 몇 백 개의 데이터만 저장하면 됩니다. 오프셋의 양이 매우 커서 메모리 공간의 낭비가 많이 발생합니다.

응용 시나리오

실제 프로젝트 개발에는 Redis 비트를 사용하여 구현하기에 적합한 비즈니스가 많이 있습니다.

사용자 체크인 시나리오

일별 날짜 문자열을 키로 사용하고, 사용자 ID를 오프셋으로 사용하여 일일 사용자 체크인 수와 총 사용자 체크인 횟수를 계산합니다

활성 사용자 수에 대한 통계

사용자 일일 활성, 월간 활성, 유지율 등은 redis 비트 배열을 사용하여 저장하거나 일일 날짜를 키로 사용할 수 있습니다. 사용자 ID의 비트 값 1로 기록됩니다.

월 생활비도 마찬가지예요.

사용자가 온라인인지, 온라인에 있는 총 인원수

동일한 비트 배열을 사용하여 사용자 ID 맵의 비트 오프셋을 온라인의 경우 1, 오프라인의 경우 0으로 설정합니다. 사용자의 온라인 및 오프라인 쿼리와 온라인 전체 인원에 대한 통계를 실현할 수 있습니다

APP 내 사용자의 글로벌 메시지 프롬프트는 빨간 점입니다

요즘 대부분의 APP에는 사이트 내 메시징 기능이 있습니다. 메시지가 있으면 메시지가 표시됩니다. 작은 빨간색 점은 사용자에게 새 메시지가 있음을 나타냅니다.

위 내용은 Redis 비트 작업을 사용하는 방법의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!