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Redis中bitmap的妙用

高洛峰

Feb 09, 2017 am 10:30 AM

bitmapphpredis

在Redis中我們常用到set,get等指令，細心的你有沒有發現，還有幾個相似的指令叫setbit,getbit，它們是用來幹嘛的？

BitMap是什麼

就是透過一個bit位元來表示某個元素對應的值或是狀態,其中的key就是對應元素本身。我們知道8個bit可以組成一個Byte，所以bitmap本身會極大的節省儲存空間。

Redis中的BitMap

Redis從2.2.0版本開始新增了setbit,getbit,bitcount等幾個bitmap相關指令。雖然是新指令，但是並沒有新增新的資料類型，因為setbit等指令只不過是在set上的擴充。

setbit指令介紹

指令 SETBIT key offset value
複雜度 O(1)
設定或清空key的value(c)在offset處的bit值(只能隻隻0或1)。

空間佔用、以及第一次分配空間所需的時間

在一台2010MacBook Pro上，offset為2^32-1（分配512MB）需要～300ms，offset為2^30-1(分配128MB)需要～80ms，offset為2^28-1（分配32MB）需要～30ms，offset為2^26-1（分配8MB）需要8ms。
大概的空間佔用計算公式是：($offset/8/1024/1024)MB

使用場景一：用戶簽到

很多網站都提供了簽到功能(這裡不考慮資料落地事宜)，並且需要展示最近一個月的簽到情況，如果使用bitmap我們怎麼做？一言不合亮代碼！

<?php $redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1');


//用户uid
$uid = 1;

//记录有uid的key
$cacheKey = sprintf("sign_%d", $uid);

//开始有签到功能的日期
$startDate = '2017-01-01';

//今天的日期
$todayDate = '2017-01-21';

//计算offset
$startTime = strtotime($startDate);
$todayTime = strtotime($todayDate);
$offset = floor(($todayTime - $startTime) / 86400);

echo "今天是第{$offset}天" . PHP_EOL;

//签到
//一年一个用户会占用多少空间呢？大约365/8=45.625个字节，好小，有木有被惊呆？
$redis->setBit($cacheKey, $offset, 1);

//查询签到情况
$bitStatus = $redis->getBit($cacheKey, $offset);
echo 1 == $bitStatus ? '今天已经签到啦' : '还没有签到呢';
echo PHP_EOL;

//计算总签到次数
echo $redis->bitCount($cacheKey) . PHP_EOL;

/**
* 计算某段时间内的签到次数
* 很不幸啊,bitCount虽然提供了start和end参数，但是这个说的是字符串的位置，而不是对应"位"的位置
* 幸运的是我们可以通过get命令将value取出来，自己解析。并且这个value不会太大，上面计算过一年一个用户只需要45个字节
* 给我们的网站定一个小目标，运行30年，那么一共需要1.31KB(就问你屌不屌？)
*/
//这是个错误的计算方式
echo $redis->bitCount($cacheKey, 0, 20) . PHP_EOL;

使用場景二：統計活躍用戶

使用時間作為cacheKey，然後用戶ID為offset，如果當日活躍過就設定為1
那麼我該如果計算某幾天/月/年的活躍用戶呢(暫且約定，統計時間內只有有一天在線就稱為活躍)，有請下一個redis的命令
命令BITOP operation destkey key [key ...]
說明：對一個或多個保存二進位的字符串key 進行位元操作，並將結果儲存到destkey 上。
說明：BITOP 指令支援AND 、 OR 、 NOT 、 XOR 這四種操作中的任一參數

//日期对应的活跃用户
 $data = array( 
'2017-01-10' => array(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10), 
'2017-01-11' => array(1,2,3,4,5,6,7,8), 
'2017-01-12' => array(1,2,3,4,5,6), 
'2017-01-13' => array(1,2,3,4), 
'2017-01-14' => array(1,2) 
); 

 //批量设置活跃状态 
foreach($data as $date=>$uids) { 
$cacheKey = sprintf("stat_%s", $date); 
foreach($uids as $uid) { 
$redis->setBit($cacheKey, $uid, 1); 
}
 }

  $redis->bitOp('AND', 'stat', 'stat_2017-01-10', 'stat_2017-01-11', 'stat_2017-01-12') . PHP_EOL; 
//总活跃用户：6 
echo "总活跃用户：" . $redis->bitCount('stat') . PHP_EOL;  

$redis->bitOp('AND', 'stat1', 'stat_2017-01-10', 'stat_2017-01-11', 'stat_2017-01-14') . PHP_EOL; 
//总活跃用户：2 
echo "总活跃用户：" . $redis->bitCount('stat1') . PHP_EOL;

  $redis->bitOp('AND', 'stat2', 'stat_2017-01-10', 'stat_2017-01-11') . PHP_EOL; 
//总活跃用户：8 
echo "总活跃用户：" . $redis->bitCount('stat2') . PHP_EOL;

假設目前站點有5000W用戶，那麼一天的資料大約是50000000/8/1024/1024=6MB

使用場景三：用戶在線狀態

前段時間開發一個項目，對方給我提供了一個查詢當前用戶是否在線的接口。不了解對方是怎麼做的，自己考慮了一下，使用bitmap是一個節約空間效率又高的一種方法，只需要一個key，然後用戶ID為offset，如果在線就設置為1，不在線就設置為0，和上面的場景一樣，5000W用戶只需要6MB的空間。

//批量设置在线状态
$uids = range(1, 500000); 
foreach($uids as $uid) { 
$redis->setBit('online', $uid, $uid % 2);
 } 
//一个一个获取状态
 $uids = range(1, 500000); 
$startTime = microtime(true); 
foreach($uids as $uid) { 
echo $redis->getBit('online', $uid) . PHP_EOL;
 }
 $endTime = microtime(true); 
//在我的电脑上，获取50W个用户的状态需要25秒 
echo "total:" . ($endTime - $startTime) . "s";

   /** 
* 对于批量的获取，上面是一种效率低的办法，实际可以通过get获取到value，然后自己计算 
* 具体计算方法改天再写吧，之前写的代码找不见了。。。 
*/

其實BitMap可以運用的場景很多很多(當然也會受到一些限制)，思維可以繼續擴散~歡迎小伙伴給我留言探討~

在Redis中我們經常用到set,get等命令，細心的你有沒有發現，還有幾個相似的指令叫setbit,getbit，它們是用來幹嘛的？

BitMap是什麼

就是透過一個bit位元來表示某個元素對應的值或狀態,其中的key就是對應元素本身。我們知道8個bit可以組成一個Byte，所以bitmap本身會極大的節省儲存空間。

Redis中的BitMapRedis從2.2.0版本開始新增了setbit,getbit,bitcount等幾個bitmap相關指令。雖然是新指令，但是並沒有新增新的資料類型，因為setbit等指令只不過是在

set

上的擴充。

setbit指令介紹指令
SETBIT key offset value複雜度
O(1)

設定或清空key的value(()在offset處的bit值(只能隻隻0或1)。

空間佔用、以及第一次分配空間所需的時間
在一台2010MacBook Pro上，offset為2^32-1（分配512MB）需要～300ms，offset為2^30-1(分配128MB)需要～80ms，offset為2^28-1（分配32MB）需要～30ms，offset為2^26-1（分配8MB）需要8ms。 大概的空間佔用計算公式是：

($offset/8/1024/1024)MB

使用場景一：用戶簽到

🎜很多網站都提供了簽到功能(這裡不考慮資料落地事宜)，並且需要展示最近一個月的簽到情況，如果使用bitmap我們怎麼做？一言不合亮代碼！ 🎜

<?php $redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1');


//用户uid
$uid = 1;

//记录有uid的key
$cacheKey = sprintf("sign_%d", $uid);

//开始有签到功能的日期
$startDate = '2017-01-01';

//今天的日期
$todayDate = '2017-01-21';

//计算offset
$startTime = strtotime($startDate);
$todayTime = strtotime($todayDate);
$offset = floor(($todayTime - $startTime) / 86400);

echo "今天是第{$offset}天" . PHP_EOL;

//签到
//一年一个用户会占用多少空间呢？大约365/8=45.625个字节，好小，有木有被惊呆？
$redis->setBit($cacheKey, $offset, 1);

//查询签到情况
$bitStatus = $redis->getBit($cacheKey, $offset);
echo 1 == $bitStatus ? '今天已经签到啦' : '还没有签到呢';
echo PHP_EOL;

//计算总签到次数
echo $redis->bitCount($cacheKey) . PHP_EOL;

/**
* 计算某段时间内的签到次数
* 很不幸啊,bitCount虽然提供了start和end参数，但是这个说的是字符串的位置，而不是对应"位"的位置
* 幸运的是我们可以通过get命令将value取出来，自己解析。并且这个value不会太大，上面计算过一年一个用户只需要45个字节
* 给我们的网站定一个小目标，运行30年，那么一共需要1.31KB(就问你屌不屌？)
*/
//这是个错误的计算方式
echo $redis->bitCount($cacheKey, 0, 20) . PHP_EOL;

使用場景二：統計活躍用戶

使用時間作為cacheKey，然後用戶ID為offset，如果當日活躍過就設定為1
那麼我該如果計算某幾天/月/年的活躍用戶呢(暫且約定，統計時間內只有有一天在線就稱為活躍)，有請下一個redis的命令
命令BITOP operation destkey key [key ...]
說明：對一個或多個保存二進制位的字符串key進行位元操作，並將結果儲存到destkey 上。
說明：BITOP 指令支援AND 、 OR 、 NOT 、 XOR 這四種操作中的任一參數

//日期对应的活跃用户
 $data = array( 
'2017-01-10' => array(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10), 
'2017-01-11' => array(1,2,3,4,5,6,7,8), 
'2017-01-12' => array(1,2,3,4,5,6), 
'2017-01-13' => array(1,2,3,4), 
'2017-01-14' => array(1,2) 
); 

 //批量设置活跃状态 
foreach($data as $date=>$uids) { 
$cacheKey = sprintf("stat_%s", $date); 
foreach($uids as $uid) { 
$redis->setBit($cacheKey, $uid, 1); 
}
 }

  $redis->bitOp('AND', 'stat', 'stat_2017-01-10', 'stat_2017-01-11', 'stat_2017-01-12') . PHP_EOL; 
//总活跃用户：6 
echo "总活跃用户：" . $redis->bitCount('stat') . PHP_EOL;  

$redis->bitOp('AND', 'stat1', 'stat_2017-01-10', 'stat_2017-01-11', 'stat_2017-01-14') . PHP_EOL; 
//总活跃用户：2 
echo "总活跃用户：" . $redis->bitCount('stat1') . PHP_EOL;

  $redis->bitOp('AND', 'stat2', 'stat_2017-01-10', 'stat_2017-01-11') . PHP_EOL; 
//总活跃用户：8 
echo "总活跃用户：" . $redis->bitCount('stat2') . PHP_EOL;

假設目前站點有5000W用戶，那麼一天的資料大約是50000000/8/1024/1024=6MB

使用場景三：用戶在線狀態

//批量设置在线状态
$uids = range(1, 500000); 
foreach($uids as $uid) { 
$redis->setBit('online', $uid, $uid % 2);
 } 
//一个一个获取状态
 $uids = range(1, 500000); 
$startTime = microtime(true); 
foreach($uids as $uid) { 
echo $redis->getBit('online', $uid) . PHP_EOL;
 }
 $endTime = microtime(true); 
//在我的电脑上，获取50W个用户的状态需要25秒 
echo "total:" . ($endTime - $startTime) . "s";

   /** 
* 对于批量的获取，上面是一种效率低的办法，实际可以通过get获取到value，然后自己计算 
* 具体计算方法改天再写吧，之前写的代码找不见了。。。 
*/

其實BitMap可以運用的場景很多很多(當然也會受到一些限制)，思維可以繼續擴散~歡迎小伙伴給我留言探討~

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