redis实战-实现用户签到&UV统计

BitMap功能演示

我们针对签到功能完全可以通过mysql来完成,比如说以下这张表

用户一次签到,就是一条记录,假如有1000万用户,平均每人每年签到次数为10次,则这张表一年的数据量为 1亿条

每签到一次需要使用(8 + 8 + 1 + 1 + 3 + 1)共22 字节的内存,一个月则最少需要600多字节,这种方案内存消耗过大
我们可以采用类似这样的方案来实现我们的签到需求。

我们按月来统计用户签到信息,签到记录为1,未签到则记录为0.

把每一个bit位对应当月的每一天,形成了映射关系。用0和1标示业务状态,这种思路就称为位图(BitMap)。这样我们就用极小的空间,来实现了大量数据的表示

Redis中是利用string类型数据结构实现BitMap,因此最大上限是512M,转换为bit则是 2^32个bit位。

BitMap的操作命令有:

  • SETBIT:向指定位置(offset)存入一个0或1

  • GETBIT :获取指定位置(offset)的bit值

  • BITCOUNT :统计BitMap中值为1的bit位的数量

  • BITFIELD :操作(查询、修改、自增)BitMap中bit数组中的指定位置(offset)的值

  • BITFIELD_RO :获取BitMap中bit数组,并以十进制形式返回

  • BITOP :将多个BitMap的结果做位运算(与 、或、异或)

  • BITPOS :查找bit数组中指定范围内第一个0或1出现的位置

使用setbit进行赋值,用于设置签到状态,未赋值的会初始化成0

使用getbit来获取签到状态

实现签到功能

需求:实现签到接口,将当前用户当天签到信息保存到Redis中

思路:我们可以把年和月作为bitMap的key,然后保存到一个bitMap中,每次签到就到对应的位上把数字从0变成1,只要对应是1,就表明说明这一天已经签到了,反之则没有签到

UserController

java 复制代码
 @PostMapping("/sign")
 public Result sign(){
    return userService.sign();
 }

UserServiceImpl

由于前端没有传递相应的时间参数,我们只需要在后端自己获取即可

java 复制代码
@Override
public Result sign() {
    // 1.获取当前登录用户
    Long userId = UserHolder.getUser().getId();
    // 2.获取日期
    LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
    // 3.拼接key
    String keySuffix = now.format(DateTimeFormatter.ofPattern(":yyyyMM"));
    String key = USER_SIGN_KEY + userId + keySuffix;
    // 4.获取今天是本月的第几天
    int dayOfMonth = now.getDayOfMonth();
    // 5.写入Redis SETBIT key offset 1
    stringRedisTemplate.opsForValue().setBit(key, dayOfMonth - 1, true);
    return Result.ok();
}

由于今天是五号,从左往右数第五位就是1

签到统计

从最后一次签到开始向前统计,直到遇到第一次未签到为止,计算总的签到次数,就是连续签到天数。

Java逻辑代码:获得当前这个月的最后一次签到数据,定义一个计数器,然后不停的向前统计,直到获得第一个非0的数字即可,每得到一个非0的数字计数器+1,直到遍历完所有的数据,就可以获得当前月的签到总天数了

假设今天是10号,那么我们就可以从当前月的第一天开始,获得到当前这一天的位数,是10号,那么就是10位,去拿这段时间的数据,就能拿到所有的数据了,那么这10天里边签到了多少次呢?统计有多少个1即可。 我们只需要执行以下的redis命令即可

BITFIELD key GET u[dayOfMonth] 0

我们还要解决如何从后向前遍历这些比特位的问题

注意:bitMap返回的数据是10进制,哪假如说返回一个数字8,那么我哪儿知道到底哪些是0,哪些是1呢?我们只需要让得到的10进制数字和1做与运算就可以了,因为1只有遇见1 才是1,其他数字都是0 ,我们把签到结果和1进行与操作,每与一次,就把签到结果向右移动一位,依次内推,我们就能完成逐个遍历的效果了。

需求:实现下面接口,统计当前用户截止当前时间在本月的连续签到天数

有用户有时间我们就可以组织出对应的key,此时就能找到这个用户截止这天的所有签到记录,再根据这套算法,就能统计出来他连续签到的次数了

UserController

java 复制代码
@GetMapping("/sign/count")
public Result signCount(){
    return userService.signCount();
}

UserServiceImpl

java 复制代码
@Override
public Result signCount() {
    // 1.获取当前登录用户
    Long userId = UserHolder.getUser().getId();
    // 2.获取日期
    LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
    // 3.拼接key
    String keySuffix = now.format(DateTimeFormatter.ofPattern(":yyyyMM"));
    String key = USER_SIGN_KEY + userId + keySuffix;
    // 4.获取今天是本月的第几天
    int dayOfMonth = now.getDayOfMonth();
    // 5.获取本月截止今天为止的所有的签到记录,返回的是一个十进制的数字 BITFIELD sign:5:202203 GET u14 0
    List<Long> result = stringRedisTemplate.opsForValue().bitField(
            key,
            BitFieldSubCommands.create()
                    .get(BitFieldSubCommands.BitFieldType.unsigned(dayOfMonth)).valueAt(0)
    );
    if (result == null || result.isEmpty()) {
        // 没有任何签到结果
        return Result.ok(0);
    }
    Long num = result.get(0);
    if (num == null || num == 0) {
        return Result.ok(0);
    }
    // 6.循环遍历
    int count = 0;
    while (true) {
        // 6.1.让这个数字与1做与运算,得到数字的最后一个bit位  // 判断这个bit位是否为0
        if ((num & 1) == 0) {
            // 如果为0,说明未签到,结束
            break;
        }else {
            // 如果不为0,说明已签到,计数器+1
            count++;
        }
        // 把数字右移一位,抛弃最后一个bit位,继续下一个bit位
        num >>>= 1;
    }
    return Result.ok(count);
}

UV统计

相关概念

  • UV:全称Unique Visitor,也叫独立访客量,是指通过互联网访问、浏览这个网页的自然人。1天内同一个用户多次访问该网站,只记录1次。

  • PV:全称Page View,也叫页面访问量或点击量,用户每访问网站的一个页面,记录1次PV,用户多次打开页面,则记录多次PV。往往用来衡量网站的流量。

通常来说UV会比PV大很多,所以衡量同一个网站的访问量,我们需要综合考虑很多因素,所以我们只是单纯的把这两个值作为一个参考值

UV统计在服务端做会比较麻烦,因为要判断该用户是否已经统计过了,需要将统计过的用户信息保存。但是如果每个访问的用户都保存到Redis中,数据量会非常恐怖,那怎么处理呢?

Hyperloglog(HLL)是从Loglog算法派生的概率算法,用于确定非常大的集合的基数,而不需要存储其所有值。相关算法原理大家可以参考:HyperLogLog 算法的原理讲解以及 Redis 是如何应用它的 - 掘金 Redis中的HLL是基于string结构实现的,单个HLL的内存永远小于16kb内存占用低 的令人发指!作为代价,其测量结果是概率性的,有小于0.81%的误差。不过对于UV统计来说,这完全可以忽略。

百万数据测试

测试代码

java 复制代码
   String[] users = new String[1000];
        int index = 0;
        for (int i = 1; i < 1000000; i++) {
            index = i % 1000;
            users[index++] = "user_" + i;
            if (i % 1000 == 0) {
                index = 0;
                stringRedisTemplate.opsForHyperLogLog().add("hills", users);
            }
        }
        Long size = stringRedisTemplate.opsForHyperLogLog().size("hills");
        System.out.println("size=" + size);

未测试前redis的内存空间

测试之后,发现确实内存消耗不大

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