Redis缓存（笔记三：Redis6新数据类型）

[1. 介绍](#1. 介绍)

[2. Bitmaps（可以称为字符串，专门进行位操作的字符串）](#2. Bitmaps（可以称为字符串，专门进行位操作的字符串）)

[2.1 概念](#2.1 概念)

[2.2 setbit（设置Bitmaps中某个偏移量的值）](#2.2 setbit（设置Bitmaps中某个偏移量的值）)

[2.3 getbit（获取Bitmaps中某个偏移量的值）](#2.3 getbit（获取Bitmaps中某个偏移量的值）)

[2.4 bitcount（统计字符串被设置为1的bit数，访问过的用户为1，没有访问过的为0）](#2.4 bitcount（统计字符串被设置为1的bit数，访问过的用户为1，没有访问过的为0）)

[2.5 bitop（复合操作，将多种情况的操作结果保存在destkey中）](#2.5 bitop（复合操作，将多种情况的操作结果保存在destkey中）)

[3. HyperLogLog（做基数处理，去重等..）](#3. HyperLogLog（做基数处理，去重等..）)

[3.1 概念](#3.1 概念)

[3.2 pfadd（添加指定元素到HyperLogLog中）](#3.2 pfadd（添加指定元素到HyperLogLog中）)

[3.3 pfcount（计算HLL的近似基数）](#3.3 pfcount（计算HLL的近似基数）)

[3.4 pfmerge（合并其它的key，进行计算等）](#3.4 pfmerge（合并其它的key，进行计算等）)

[4. Geospatial（对经纬度，地理信息等操作）](#4. Geospatial（对经纬度，地理信息等操作）)

[4.1 概念](#4.1 概念)

[4.2 geadd（添加地理位置）](#4.2 geadd（添加地理位置）)

[4.3 geopos（获取指定地区的坐标值）](#4.3 geopos（获取指定地区的坐标值）)

[4.4 geodist（获取两个位置之间的直线距离）](#4.4 geodist（获取两个位置之间的直线距离）)

[4.5 georadius（以给定的经纬度为中心，找出某一半径内的元素）](#4.5 georadius（以给定的经纬度为中心，找出某一半径内的元素）)

1. 介绍

在Redis 6中，有几种比较特殊且功能强大的数据结构：Bitmaps（位图）、HyperLogLog（超级对数日志）、Geospatial（地理空间）

Bitmaps（位图）：

作用：Bitmaps 是 Redis 中的一种非常紧凑和高效的数据结构，用来处理位操作相关的需求。
用途：主要用于记录某些状态或者事件是否发生过，例如用户是否点击过某个按钮、某天是否有用户访问网站等。因为它可以节省大量内存，特别适合于需要高效率地记录大量布尔型状态的场景。

HyperLogLog（超级对数日志）：

作用：HyperLogLog 是一种概率性数据结构，用于统计元素的基数（唯一元素的数量），占用固定大小的内存空间。
用途：适合于需要快速估计大数据集合中的唯一元素数量，例如统计网站的独立访客数、统计一周内不同IP地址访问网站的数量等。

Geospatial（地理空间）：

作用：Geospatial 是 Redis 提供的一种处理地理位置和坐标的数据结构，可以存储地理位置的经度和纬度，并支持相关的地理位置查询操作。
用途：适合于需要存储和查询地理位置信息的应用场景，如附近的商家搜索、地点推荐等。

2. Bitmaps（可以称为字符串，专门进行位操作的字符串）

2.1 概念

Bitmaps本身不是数据类型，他只是字符串，专门进行位操作的字符串；

Bitmaps与set的区别：

提高了空间利用率，提高了cpu内存的利用率；

对比 set 和 Bitmaps 在存储独立用户空间方面的差异：

set 和 Bitmaps 存储独立用户空间对比

数据类型	一天	一个月	一年
`set`	400MB	12GB	144GB
`Bitmaps`	12.5MB	375MB	4.5GB

备注
- Bitmaps 并不是万能的。如果网站每天的独立访问用户很少（例如只有 10 万，大量的僵尸用户），则对比情况如下。
- Bitmaps 在用户数量少的情况下不太适合，因为这时候大部分位都是 0，使其不太高效。

2.2 setbit（设置Bitmaps中某个偏移量的值）

SETBIT 命令用于设置 Bitmaps 中某个偏移量的值，可以将指定位置的位设置为 0 或 1；
- <key>: Bitmaps 的键
- <offset>: 偏移量，从 0 开始
- <value>: 设置的值，只能是 0 或 1

ruby 复制代码

SETBIT <key> <offset> <value>

ruby 复制代码

# 设置键 `userbitmap` 在偏移量 5 处的位值为 1
127.0.0.1:6379> SETBIT userbitmap 5 1
(integer) 0

# 设置键 `userbitmap` 在偏移量 10 处的位值为 1
127.0.0.1:6379> SETBIT userbitmap 10 1
(integer) 0

# 设置键 `userbitmap` 在偏移量 5 处的位值为 0
127.0.0.1:6379> SETBIT userbitmap 5 0
(integer) 1

2.3 getbit（获取Bitmaps中某个偏移量的值）

GETBIT 命令用于获取 Bitmaps 中某个偏移量的值，返回该位的值（0 或 1）；
- <key>: Bitmaps 的键
- <offset>: 偏移量，从 0 开始

ruby 复制代码

GETBIT <key> <offset>

ruby 复制代码

# 获取键 `userbitmap` 在偏移量 5 处的位值
127.0.0.1:6379> GETBIT userbitmap 5
(integer) 0

# 获取键 `userbitmap` 在偏移量 10 处的位值
127.0.0.1:6379> GETBIT userbitmap 10
(integer) 1

# 获取键 `userbitmap` 在偏移量 15 处的位值
127.0.0.1:6379> GETBIT userbitmap 15
(integer) 0

2.4 bitcount（统计字符串被设置为1的bit数，访问过的用户为1，没有访问过的为0）

BITCOUNT 命令用于统计 Bitmaps 中被设置为 1 的位的数量。该命令可以统计整个 Bitmaps 的 1 位数，也可以通过指定 start 和 end 参数来统计特定范围内的 1 位数；
- <key>: Bitmaps 的键
- [start] (可选): 开始的字节下标，负数表示从末尾开始计算
- [end] (可选): 结束的字节下标，负数表示从末尾开始计算

ruby 复制代码

BITCOUNT <key> [start end]

ruby 复制代码

# 统计键 `userbitmap` 中所有被设置为 1 的位的数量
127.0.0.1:6379> BITCOUNT userbitmap
(integer) 2

ruby 复制代码

# 统计键 `userbitmap` 在字节 0 到字节 1 范围内被设置为 1 的位的数量
127.0.0.1:6379> BITCOUNT userbitmap 0 1
(integer) 1

# 统计键 `userbitmap` 在最后 2 个字节范围内被设置为 1 的位的数量
127.0.0.1:6379> BITCOUNT userbitmap -2 -1
(integer) 1

2.5 bitop（复合操作，将多种情况的操作结果保存在destkey中）

BITOP 命令用于对多个 Bitmaps 进行位运算，包括 AND （交集）、OR （并集）、NOT （非）、XOR （异或）操作，并将结果存储在 destkey 中；
- <operation>: 运算类型，可以是 AND、OR、NOT、XOR
- <destkey>: 结果存储的目标键
- <key>: 输入的源键，可以有一个或多个

ruby 复制代码

BITOP <operation> <destkey> <key> [key...]

操作类型：
- AND: 交集（所有键中对应位都为 1，则结果位为 1）
- OR: 并集（至少一个键中对应位为 1，则结果位为 1）
- NOT: 非（键中对应位取反，NOT 只能有一个源键）
- XOR: 异或（键中对应位不同则结果位为 1）

ruby 复制代码

# 计算键 `bitmap1` 和 `bitmap2` 的位交集，结果存储在 `result`
127.0.0.1:6379> BITOP AND result bitmap1 bitmap2
(integer) <result-length>

ruby 复制代码

# 计算键 `bitmap1` 和 `bitmap2` 的位并集，结果存储在 `result`
127.0.0.1:6379> BITOP OR result bitmap1 bitmap2
(integer) <result-length>

ruby 复制代码

# 计算键 `bitmap1` 的位取反，结果存储在 `result`
127.0.0.1:6379> BITOP NOT result bitmap1
(integer) <result-length>

ruby 复制代码

# 计算键 `bitmap1` 和 `bitmap2` 的位异或，结果存储在 `result`
127.0.0.1:6379> BITOP XOR result bitmap1 bitmap2
(integer) <result-length>

3. HyperLogLog（做基数处理，去重等..）

Redis 提供了三种主要的 HyperLogLog 操作命令：PFADD、PFCOUNT 和 PFMERGE。这些命令允许我们高效地执行基数估计、添加元素、统计唯一元素数量、以及合并多个 HyperLogLog；

3.1 概念

在现代应用中，统计数据的基数（Unique Visitors，独立 IP 数，等）是常见需求。传统方法精确但耗费内存大，而 Redis 提供的 HyperLogLog 可以在较低的空间占用下高效估计集合的基数；
基数是集合中不重复元素的个数：数据集 {1, 3, 5, 7, 5, 7, 8}，其基数集为 {1, 3, 5, 7, 8}，基数为 5；
空间效率: 固定使用约 12 KB 内存；
适用场景: 处理大规模数据集，允许少量误差；
特点：
- 不存储实际元素，仅用于基数估计；
- 可处理多达 2642^{64}264 个不同元素；

3.2 pfadd（添加指定元素到HyperLogLog中）

PFADD 命令用于向 HyperLogLog 中添加元素。如果这些元素是新出现的（即之前没有添加过），HyperLogLog 的估计基数将增加；
- <key>: HyperLogLog 的键
- <element>: 要添加的元素，可以是一个或多个

ruby 复制代码

PFADD <key> <element> [element ...]

如果 HyperLogLog visitors 中没有这些元素，它会更新并增加基数估计：

ruby 复制代码

# 添加用户 user1, user2, user3 到 HyperLogLog `visitors`
127.0.0.1:6379> PFADD visitors user1 user2 user3
(integer) 1  # 1 表示基数发生了变化

3.3 pfcount（计算HLL的近似基数）

PFCOUNT 命令返回 HyperLogLog 中估计的唯一元素数量。可以对单个或多个 HyperLogLog 进行基数估计；
- <key>: HyperLogLog 的键，可以是一个或多个；

ruby 复制代码

PFCOUNT <key> [key ...]

(integer) 表示估计的唯一元素数量：

ruby 复制代码

# 统计 HyperLogLog `visitors` 中的唯一元素数量
127.0.0.1:6379> PFCOUNT visitors
(integer) 3  # 估计的唯一元素数

# 统计多个 HyperLogLog `visitors1`, `visitors2` 的合并基数
127.0.0.1:6379> PFCOUNT visitors1 visitors2
(integer) 5  # 合并估计的唯一元素数

3.4 pfmerge（合并其它的key，进行计算等）

PFMERGE 命令将多个 HyperLogLog 合并为一个目标 HyperLogLog。合并后的结果保存在指定的目标键中；
- <destkey>: 目标 HyperLogLog 的键
- <sourcekey>: 源 HyperLogLog 的键，可以是一个或多个

ruby 复制代码

PFMERGE <destkey> <sourcekey> [sourcekey ...]

合并后的 total_visitors 将包含 visitors1 和 visitors2 的所有元素，并估计其总的唯一元素数量；
- 返回值： OK 表示操作成功

ruby 复制代码

# 合并 HyperLogLog `visitors1`, `visitors2` 到 `total_visitors`
127.0.0.1:6379> PFMERGE total_visitors visitors1 visitors2
OK

4. Geospatial（对经纬度，地理信息等操作）

4.1 概念

Redis 3.2 中增加了对 GE0 类型的支持。GE0，Geographic，地理信息的缩写。该类型，就是元素的 2维坐标，在地图上就是经纬度。redis 基于该类型，提供了经纬度设置，查询，范围查询，距离查询，经纬度 Hash 等常见操作；
地理空间数据存储方式 ：
- Redis 使用有序集合（Sorted Set）来存储地理空间数据。
- 每个成员（member）都有一个关联的分数（score），这个分数用来排序，通常用来表示成员的位置。
地理位置表示 ：
- 每个地理位置通过经度（longitude）和纬度（latitude）来表示。
- Redis 使用二维平面坐标系来存储这些位置信息。
地理位置的索引 ：
- 有序集合中的每个成员是一个地理位置的标识符，可以是任意字符串。
- 每个成员都有一个对应的地理坐标（经纬度），以及用来排序的分数。

4.2 geadd（添加地理位置）

GEADD 是一个用于向地理空间索引（Geo Index）添加成员的命令，它可以将带有经度和纬度信息的成员添加到指定的地理位置集合（GeoSet）中；
- <key>: 地理位置集合（GeoSet）的键名。
- <longitude>: 成员的经度。
- <latitude>: 成员的纬度。
- <member>: 要添加的成员名称。

ruby 复制代码

GEADD <key> <longitude> <latitude> <member> [longitude latitude member...]

添加单个成员：

ruby 复制代码

GEADD cities 13.361389 38.115556 "Palermo"

添加多个成员：

ruby 复制代码

GEADD cities 15.087269 37.502669 "Catania" 13.361389 38.115556 "Palermo"

注意事项：
- GEADD 命令会创建地理位置集合（如果它不存在），并将指定的成员添加到集合中。
- 成员的经度和纬度需要是有效的浮点数值。
- 成员名称可以是任何字符串，但必须唯一标识该成员。

4.3 geopos（获取指定地区的坐标值）

GEOPOS 是用于获取地理位置集合（GeoSet）中成员的经度和纬度信息的命令。它可以用来查询指定成员在地理位置集合中的坐标信息；
- <key>: 地理位置集合（GeoSet）的键名。
- <member>: 要查询坐标信息的成员名称。

ruby 复制代码

GEOPOS <key> <member> [member...]

返回值：

如果指定的成员存在于地理位置集合中，GEOPOS 返回一个数组，每个成员的坐标用一个两元素的数组表示 [longitude, latitude]。如果成员不存在于集合中，返回 nil。
查询单个成员的坐标：

ruby 复制代码

GEOPOS cities "Palermo"

ruby 复制代码

假设 "Palermo" 的坐标是 `[13.361389, 38.115556]`，则命令返回：

ruby 复制代码

1) 1) "13.361389"
   2) "38.115556"

查询多个成员的坐标：

ruby 复制代码

GEOPOS cities "Palermo" "Catania"

ruby 复制代码

假设 "Palermo" 的坐标是 `[13.361389, 38.115556]`，"Catania" 的坐标是 `[15.087269, 37.502669]`，则命令返回：

ruby 复制代码

1) 1) "13.361389"
   2) "38.115556"
2) 1) "15.087269"
   2) "37.502669"

注意事项：
- GEOPOS 返回的坐标是以字符串形式表示的浮点数，分别代表经度和纬度。
- 如果查询的成员不存在于地理位置集合中，返回 nil。
- GEOPOS 命令可以用于单个成员或多个成员的查询，允许一次性获取多个成员的坐标信息。

4.4 geodist（获取两个位置之间的直线距离）

GEODIST 是用于计算地理位置集合（GeoSet）中两个成员之间距离的命令。它能够返回成员之间的距离，单位默认为米（meters），或者可以通过选项指定为其他单位（如千米、英里等）；
- <key>: 地理位置集合（GeoSet）的键名。
- <member1>: 第一个成员的名称。
- <member2>: 第二个成员的名称。
- [unit]: （可选）距离的单位，可选项包括：
  - m: 米（默认）
  - km: 千米
  - mi: 英里
  - ft: 英尺

ruby 复制代码

GEODIST <key> <member1> <member2> [unit]

返回值：

如果两个成员都存在于地理位置集合中，GEODIST 返回这两个成员之间的距离。如果其中一个或两个成员不存在于集合中，返回 nil。
假设有以下数据：
- 商店 A 的经纬度为 (13.361389, 38.115556)
- 商店 B 的经纬度为 (15.087269, 37.502669)

ruby 复制代码

GEODIST stores "storeA" "storeB" km

这表示商店 A 和商店 B 之间的距离是 163.8964 千米：

ruby 复制代码

127.0.0.1:6379> GEODIST stores "storeA" "storeB" km
"163.8964"

4.5 georadius（以给定的经纬度为中心，找出某一半径内的元素）

GEORADIUS 是 Redis 中用于根据给定的经纬度和半径查找地理位置元素的命令；

ruby 复制代码

GEORADIUS key longitude latitude radius unit [WITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH] [COUNT count] [ASC|DESC] [STORE key] [STOREDIST key]

ruby 复制代码

- `key`: Redis 中存储地理位置数据的键名。
- `longitude` 和 `latitude`: 给定的中心点经纬度，用于确定搜索的中心。
- `radius`: 搜索半径，可以是以 `m` (米), `km` (千米), `ft` (英尺), `mi` (英里) 为单位的浮点数。
- `unit`: 单位参数，指定 `radius` 的单位，可以是 `m` (米), `km` (千米), `ft` (英尺), `mi` (英里)。
- `WITHCOORD`: 返回每个位置元素的经纬度。
- `WITHDIST`: 返回每个位置元素与中心点的距离。
- `WITHHASH`: 返回每个位置元素的 geohash 值。
- `COUNT count`: 指定返回的最大元素数量。
- `ASC|DESC`: 结果的排序方式，按距离升序或降序排列。
- `STORE key`: 将结果存储到指定键名的有序集合中。
- `STOREDIST key`: 将结果存储到指定键名的有序集合中，并且同时存储每个位置元素与中心点的距离。

假设我们有一个名为 stores 的 Redis 地理位置集合，其中存储了不同商店的经纬度信息。我们可以使用 GEORADIUS 命令来查找以某一经纬度为中心，半径内的商店。
- 例如，假设要查找以经度 13.361389 和纬度 38.115556 为中心，半径 2000 米内的商店，并返回商店的经纬度和距离：
- 这将返回半径 2000 米内所有商店的经纬度和它们与中心点的距离。

ruby 复制代码

GEORADIUS stores 13.361389 38.115556 2000 m WITHCOORD WITHDIST

ruby 复制代码

- 返回结果：

ruby 复制代码

1) 1) "storeA"
   2) 1) "13.36138933897018433"
      2) "38.11555639549629859"
   3) "100.0"    // 与中心点的距离，单位由 WITHDIST 参数决定
2) 1) "storeB"
   2) 1) "13.35622221279144287"
      2) "38.12111264686523257"
   3) "190.0"