Redis中的Bitmap如何使用

在日常開發過程中，常常會有一些 bool 類型資料需要存取。例如記錄用戶一年內簽到的次數，簽了是 1，沒簽是 0。如果使用 key-value 來存儲，那麼每個用戶都要記錄 365 次，當用戶成百上億時，需要的存儲空間將非常巨大。解決這個問題，可以使用redis中的點陣圖。

點陣圖（bitmap）同樣屬於 string 資料型別。 Redis 中一個字串類型的值最多能儲存 512 MB 的內容，每個字串由多個位元組組成，每個位元組又由 8 個 Bit 位元組成。點陣圖結構正是使用「位元」來實現儲存的，它透過將位元位元設為 0 或 1來達到資料存取的目的，這大大增加了 value 儲存數量，它儲存上限為2^32。

點陣圖本質上就是一個普通的位元組串，也就是 bytes 數組。可以透過使用getbit/setbit 指令處理該位圖數組，其結構如下所示：

#位圖通常用於一些特定應用，例如追蹤使用者簽到次數或登錄次數。上圖是表示一位使用者 10 天內來網站的簽到次數，1 代表簽到，0 代表未簽到，這樣可以很輕鬆地統計出使用者的活躍程度。使用點陣圖記錄每一筆記錄僅佔用一個 bit 位，相對於直接使用字串，大幅減少了記憶體空間的使用率。

Redis 官方也做了一個實驗，他們模擬了一個擁有1 億2 千8 百萬用戶的系統，然後使用Redis 的位圖來統計“日均用戶數量”，最終所用時間的約為50ms，且僅佔用16 MB記憶體。

位圖應用原理

如果使用字串類型存儲，某個網站必須要記錄一個使用者一年的簽到記錄，那麼需要 365 個鍵值對。若使用點陣圖存儲，用戶簽到就存 1，否則存 0。最後會產生 00010101… 這樣的儲存結果，其中每天的記錄只佔一位，一年就是 365 位，約 46 個位元組。如果只想統計使用者簽到的天數，那麼統計 1 的數量即可。

點陣圖操作的優勢，相較於字串而言，它不僅效率高，而且還非常的節省空間。

Redis 的位數組是自動擴展的，如果設定了某個偏移位置超出了現有的內容範圍，位數組就會自動擴充。

位圖常用指令

1) SETBIT指令

用來設定或清除某一位上的值，其傳回值是原來位元上儲存的值。 key 在初始狀態下所有的位元都是 0 ，範例如下：

SETBIT key offset value

其中 offset 表示偏移量，從 0 開始。範例如下：

127.0.0.1:6379> SET user:1 a
OK
#设置偏移量offset为0
127.0.0.1:6379> SETBIT user:1 0 1
(integer) 0
#当对应位的字符是不可打印字符，redis会以16进制形式显示
127.0.0.1:6379> GET user:1
"\xe1"

2) GETBIT指令

用來取得某一位上的值。範例如下：

127.0.0.1:6379> GETBIT user:1 0
(integer) 1

當偏移量 offset 比字串的長度大，或當 key 不存在時，傳回 0。

redis> EXISTS bits
(integer) 0
redis> GETBIT bits 100000
(integer) 0

3) BITCOUNT指令

統計指定位元區間上，值為 1 的個數。語法格式如下：

BITCOUNT key [start end]

範例如下：

127.0.0.1:6379> BITCOUNT user:1
(integer) 8

只需指定 start 和 end 參數，即可僅對特定位元組進行計數。 start 和 end 參數和 GETRANGE 指令的參數類似，都可以使用負數，例如 -1 表示倒數第一個位， -2 表示倒數第二個位。 .

4）Redis Bitop 指令

對一個或多個儲存二進位位元的字串key 進行位元操作，並將結果儲存到destkey 上

運算可以為四種中的任一種：AND、OR、NOT、XOR

• BITOP AND destkey key [key …] ，對一個或多個key 求邏輯並，並將結果儲存到destkey 。

• BITOP OR destkey key [key …] ，對一個或多個 key 求邏輯或，並將結果儲存到 - destkey 。

• BITOP XOR destkey key [key …] ，對一個或多個 key 求邏輯異或，並將結果儲存到 destkey 。

• BITOP NOT destkey key ，對給定 key 求邏輯非，並將結果儲存到 destkey 。

除了 NOT 運算之外，其他運算都可以接受一個或多個 key 作為輸入。

場景

統計當日活躍用戶

每日活躍統計創建一個bitmap鍵，當用戶活躍了根據用戶id的偏移量來設定
對應的位元為1

使用者簽到

每個使用者建立一個點陣圖的鍵，以某一天為基礎，之後的天數距離這一天的天數為偏移量，
如果使用者點選了簽到，則設定對用的偏移位元為1。

以上是Redis中的Bitmap如何使用的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！