Redis Bitmaps 数据结构模型位操作

Bitmaps 数据结构模型

Bitmap 本身不是一种数据结构，实际上它就是字符串，但是它可以对字符串的位进行操作。比如 "abc" 对应的 ASCII 码分别是 97、98、99。对应的二进制分别是 01100010、01100010、01100011, 如下所示：

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    a        b         c
+--------+--------+--------+
|01100001|01100010|01100011|
+--------+--------+--------+

位图的最大优点之一是它们在存储信息时通常可以极大地节省空间。

例如，在一个用增量用户 ID 表示不同用户的系统中，仅使用 512 MB 内存就可以记住 40 亿个用户的单个比特信息。

1bit * 4,000,000,000 = 500,000,000 B = 488,281.25 KB = 476.8 MB

GETBIT 仅返回指定索引处的位的值。超出范围的位（寻址超出目标密钥中存储的字符串长度的位）始终被视为零。

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root@ubuntu-x64_01:~#  redis-cli --no-auth-warning -h 192.168.88.11 -p 6380 -a "******" get k1 
"a"

root@ubuntu-x64_01:~#  redis-cli --no-auth-warning -h 192.168.88.11 -p 6380 -a "******" --eval getbit.lua k1
"01100001"

setbit

设置健的第offset个位的值（从0算起），如有8个用户 userid = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6,7 ，其中用户 1， 3， 5 对网站进行了访问，那么Bitmaps初始化如下：

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setbit key offset value

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192.168.88.11:6380> setbit users:2023-12-09 1 1
(integer) 0
192.168.88.11:6380> setbit users:2023-12-09 3 1
(integer) 0
192.168.88.11:6380> setbit users:2023-12-09 5 1
(integer) 0

# 获取当前哪些用户访问了 ， 其中 1 表示访问过的用户 
root@ubuntu-x64_01:~#   /redis-cli --no-auth-warning -h 192.168.88.11 -p 6380 -a "******" --eval getbit.lua users:2023-12-09
"01010100"

getbit

获取健的第offset位的值（从0算起），如下获取 user 5 是否在 2023-12-09 访问过， 1表示访问，0表示没有访问，如果offset不存在，返回结果也是0, 超出范围的位始终被视为零。

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192.168.88.11:6380> getbit users:2023-12-09 5
(integer) 1

bitcount

获取Bitmaps指定范围值为1的个数，如统计 2023-12-09 这天访问的用户数量

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192.168.88.11:6380> bitcount users:2023-12-09
(integer) 3

bitop

bitmaps之前的运算，它可以做and（交集）、or（并集）、not（非）、xor（异或），并将结果保存在 destkey ，如计算 2023-12-09、2023-12-10 两天都访问过的用户数量

shell 复制代码

root@ubuntu-x64_01:~#  redis-cli  --no-auth-warning -h 192.168.88.11 -p 6380 -a "******" --eval getbit.lua users:2023-12-09
"01010100"
root@ubuntu-x64_01:~#  redis-cli  --no-auth-warning -h 192.168.88.11 -p 6380 -a "******" --evalgetbit.lua users:2023-12-10
"01100110"

192.168.88.11:6380> bitop and users:2023-12-09_10 users:2023-12-09 users:2023-12-10
(integer) 1

192.168.88.11:6380> bitcount users:2023-12-09_10
(integer) 2

root@ubuntu-x64_01:~#  redis-cli --no-auth-warning -h 192.168.88.11 -p 6380 -a "******" --eval getbit.lua users:2023-12-09_10
"01000100"

小结

将位图拆分为多个键很简单，例如为了对数据集进行分片，并且通常最好避免使用巨大的键。要将位图拆分到不同的键上，而不是将所有位设置为一个键，一个简单的策略就是为每个键存储 M 位，并使用获取键名称和bit-number/M在键（bit-number MOD M）内寻址的第 N 位。

假设 M=10 , 约100个用户（有点少，仅用作举例）：

则第91个用户寻址如下：健名称： 91 MOD 10 = 1 即 key = user1 ， N = 91/10 = 9

则第65个用户寻址如下：健名称： 65 MOD 10 = 5 即 key = user5 ， N = 65/10 = 6

SETBIT 、 GETBIT 、BITFIELD 均为 O(1)。

BITCOUNT、BITOP、BITPOS 是 O(n)，其中n是比较中最长字符串的长度。