Redis中bitmap的妙用

在Redis中咱們常常用到set,get等命令，細心的你有沒有發現，還有幾個類似的命令叫setbit,getbit，它們是用來幹嗎的？

BitMap是什麼

就是經過一個bit位來表示某個元素對應的值或者狀態,其中的key就是對應元素自己。咱們知道8個bit能夠組成一個Byte，因此bitmap自己會極大的節省儲存空間。

Redis中的BitMap

Redis從2.2.0版本開始新增了setbit,getbit,bitcount等幾個bitmap相關命令。雖然是新命令，可是並無新增新的數據類型，由於setbit等命令只不過是在set上的擴展。

setbit命令介紹

指令 SETBIT key offset value
複雜度 O(1)
設置或者清空key的value(字符串)在offset處的bit值(只能只0或者1)。

空間佔用、以及第一次分配空間須要的時間

在一臺2010MacBook Pro上，offset爲2^32-1（分配512MB）須要～300ms，offset爲2^30-1(分配128MB)須要～80ms，offset爲2^28-1（分配32MB）須要～30ms，offset爲2^26-1（分配8MB）須要8ms。<來自官方文檔>
大概的空間佔用計算公式是：($offset/8/1024/1024)MB

使用場景一：用戶簽到

不少網站都提供了簽到功能(這裏不考慮數據落地事宜)，而且須要展現最近一個月的簽到狀況，若是使用bitmap咱們怎麼作？一言不合亮代碼！

<?php
$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1');


//用戶uid
$uid = 1;

//記錄有uid的key
$cacheKey = sprintf("sign_%d", $uid);

//開始有簽到功能的日期
$startDate = '2017-01-01';

//今天的日期
$todayDate = '2017-01-21';

//計算offset
$startTime = strtotime($startDate);
$todayTime = strtotime($todayDate);
$offset = floor(($todayTime - $startTime) / 86400);

echo "今天是第{$offset}天" . PHP_EOL;

//簽到
//一年一個用戶會佔用多少空間呢？大約365/8=45.625個字節，好小，有木有被驚呆？
$redis->setBit($cacheKey, $offset, 1);

//查詢簽到狀況
$bitStatus = $redis->getBit($cacheKey, $offset);
echo 1 == $bitStatus ? '今天已經簽到啦' : '尚未簽到呢';
echo PHP_EOL;

//計算總簽到次數
echo $redis->bitCount($cacheKey) . PHP_EOL;

/**
* 計算某段時間內的簽到次數
* 很不幸啊,bitCount雖然提供了start和end參數，可是這個說的是字符串的位置，而不是對應"位"的位置
* 幸運的是咱們能夠經過get命令將value取出來，本身解析。而且這個value不會太大，上面計算過一年一個用戶只須要45個字節
* 給咱們的網站定一個小目標，運行30年，那麼一共須要1.31KB(就問你屌不屌？)
*/
//這是個錯誤的計算方式
echo $redis->bitCount($cacheKey, 0, 20) . PHP_EOL;

使用場景二：統計活躍用戶

使用時間做爲cacheKey，而後用戶ID爲offset，若是當日活躍過就設置爲1
那麼我該若是計算某幾天/月/年的活躍用戶呢(暫且約定，統計時間內只有有一天在線就稱爲活躍)，有請下一個redis的命令
命令 BITOP operation destkey key [key ...]
說明：對一個或多個保存二進制位的字符串 key 進行位元操做，並將結果保存到 destkey 上。
說明：BITOP 命令支持 AND 、 OR 、 NOT 、 XOR 這四種操做中的任意一種參數

//日期對應的活躍用戶

$data = array(

'2017-01-10' => array(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10),

'2017-01-11' => array(1,2,3,4,5,6,7,8),

'2017-01-12' => array(1,2,3,4,5,6),

'2017-01-13' => array(1,2,3,4),

'2017-01-14' => array(1,2)

);



//批量設置活躍狀態

foreach($data as $date=>$uids) {

$cacheKey = sprintf("stat_%s", $date);

foreach($uids as $uid) {

$redis->setBit($cacheKey, $uid, 1);

}

}



$redis->bitOp('AND', 'stat', 'stat_2017-01-10', 'stat_2017-01-11', 'stat_2017-01-12') . PHP_EOL;

//總活躍用戶：6

echo "總活躍用戶：" . $redis->bitCount('stat') . PHP_EOL;



$redis->bitOp('AND', 'stat1', 'stat_2017-01-10', 'stat_2017-01-11', 'stat_2017-01-14') . PHP_EOL;

//總活躍用戶：2

echo "總活躍用戶：" . $redis->bitCount('stat1') . PHP_EOL;



$redis->bitOp('AND', 'stat2', 'stat_2017-01-10', 'stat_2017-01-11') . PHP_EOL;

//總活躍用戶：8

echo "總活躍用戶：" . $redis->bitCount('stat2') . PHP_EOL;

假設當前站點有5000W用戶，那麼一天的數據大約爲50000000/8/1024/1024=6MB

使用場景三：用戶在線狀態

前段時間開發一個項目，對方給我提供了一個查詢當前用戶是否在線的接口。不瞭解對方是怎麼作的，本身考慮了一下，使用bitmap是一個節約空間效率又高的一種方法，只須要一個key，而後用戶ID爲offset，若是在線就設置爲1，不在線就設置爲0，和上面的場景同樣，5000W用戶只須要6MB的空間。

//批量設置在線狀態
$uids = range(1, 500000);

foreach($uids as $uid) {

$redis->setBit('online', $uid, $uid % 2);

}

//一個一個獲取狀態

$uids = range(1, 500000);

$startTime = microtime(true);

foreach($uids as $uid) {

echo $redis->getBit('online', $uid) . PHP_EOL;

}

$endTime = microtime(true);

//在個人電腦上，獲取50W個用戶的狀態須要25秒

echo "total:" . ($endTime - $startTime) . "s";




/**

* 對於批量的獲取，上面是一種效率低的辦法，實際能夠經過get獲取到value，而後本身計算

* 具體計算方法改天再寫吧，以前寫的代碼找不見了。。。

*/

其實BitMap能夠運用的場景不少不少(固然也會受到一些限制)，思惟能夠繼續擴散~歡迎小夥伴給我留言探討~

續篇：Redis中BitMap是如何儲存的，以及PHP如何處理

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