Redis特殊数据类型：Bitmap

Bitmap

一、类型概述

Bitmap（位图），也称为 Bit array（位数组）或 Bitset（位集合），并不是一种单独的数据结构，而是基于 Redis 的 String 类型实现的一种"位级别"的操作方式。

你可以把它想象成一个由 0 和 1 组成的数组，数组的每个单元只能存储 0 或 1，数组的索引（在 Redis 中称为 offset）从 0 开始。

核心要点：

底层是 String：Bitmap 的本质是一个 String 值，它对应的是一个二进制的字节串。所以，所有针对 Bitmap 的命令，本质上都是对字符串值的二进制位进行操作。
自动扩容：当你设置一个偏移量很大的位时，Redis 会自动分配内存并将中间未设置的位全部初始化为 0。
极其节省空间：通过位来存储信息，一个字节（8 bits）可以存储 8 个独立的状态。例如，存储 1 亿用户的在线状态，只需要大约 12MB 的内存（1亿 / 8 / 1024 / 1024 ≈ 11.92MB）。

二、基本方法

1. 设置位值 SETBIT key offset value

bash 复制代码

127.0.0.1:6379> setbit log 0 1
(integer) 0  #返回指定偏移量原来存储的位，没有默认为0。
127.0.0.1:6379> setbit log 1 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit log 2 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit log 3 0
(integer) 0

2. 获取位值 GETBIT key offset

bash 复制代码

127.0.0.1:6379> getbit log 2
(integer) 1

3. 统计 BITCOUNT key [start end]

start 和 end 是字节索引，而不是位索引。可以使用负数值，-1 表示最后一个字节，-2 表示倒数第二个字节。

bash 复制代码

127.0.0.1:6379> bitcount log  
(integer) 3  #位值位1的有三个

三、内部实现

正如概述中所说，Bitmap 的底层实现就是 Redis 的 String 数据类型。String 在 Redis 内部是以二进制安全的字节数组形式存储的。

当你执行 SETBIT key 10 1 时：

Redis 会找到或创建一个与 key 关联的字符串值。
它会计算出第 10 位位于哪个字节（第 10 / 8 = 1 个字节，索引从 0 开始）以及在该字节中的哪一位（第 10 % 8 = 2 位）。
然后，它通过位运算（如按位或 | 和按位与 &）来设置或清除该特定位的值。
如果目标偏移量超出了当前字符串的长度，Redis 会扩展字符串，并用零字节填充中间的空隙。

四、应用场景

Bitmap 因其极致的空间效率和快速的位运算，在特定场景下表现非常出色。

1. 用户行为标记

这是最经典的应用场景。

用户签到 ：key 可以设计为 user:sign:202405:{uid}，一位代表一天。SETBIT user:sign:202405:1001 20 1 表示用户 1001 在 5 月 21 日签到了。
用户在线状态 ：key 可以设计为 user:online:20240520，一位代表一个用户。SETBIT user:online:20240520 1001 1 表示用户 1001 今天在线。

2. 大数据量下的布尔统计

活跃用户分析 ：如上例，可以轻松统计每日活跃用户数（BITCOUNT）。通过 BITOP AND/OR，可以计算：
- 连续活跃用户 ：BITOP AND
- 某段时间内的活跃用户 ：BITOP OR
特征标签筛选 ：可以为每个特征（如"男性"、"喜欢编程"、"VIP用户"）创建一个 Bitmap，每一位表示一个用户是否具有此特征。通过 BITOP AND 可以快速找到同时满足多个特征的用户群。

3. 布隆过滤器

Bitmap 是实现布隆过滤器的核心数据结构。布隆过滤器是一种概率型数据结构，用于高效地判断一个元素是否存在于一个集合中。它可能存在误判（判断一个不存在的元素为存在），但绝不会漏判（判断存在的元素一定存在），并且非常节省空间。