redis靈魂拷問：聊一聊bitmap使用

bitmap是redis的一種擴展數據類型，主要用於二值狀態統計，好比公司記錄員工打卡記錄，電商網站記錄用戶登陸行爲，積分商城記錄用戶簽到狀況。

bigmap底層使用的是String的數據結構，而String保存在計算機中的格式是二進制的字節數組，這樣bitmap就充分利用了每一個字節的bit位，大大節省了內存開銷。

下面咱們看一下bitmap的使用。

員工打卡

假如一個公司有100個員工，公司要對員工11月份的打卡行爲進行統計，咱們能夠爲11月份每一天分配一個bitmap，這個bitmap保存100個bit位，來記錄員工的打卡行爲。

注意:bitmap偏移量從0開始，因此100個bit位是從0~99，依次記錄1-100號員工。

咱們定義bitmap的key格式爲:signed:20201101，記錄2020年11月1日的打卡狀況。下面代碼是員工打卡和查詢員工打卡狀況：

/**
 * SETBIT命令
 * 員工打卡
 * 時間複雜度：O(1)
 */
public void sign(String key, int employeeNumber){
    redisTemplate.opsForValue().setBit(key, employeeNumber - 1, true);
}

/**
 * GETBIT命令
 * 查看員工打卡狀況
 * 時間複雜度：O(1)
 */
public boolean isSigned(String key,int employeeNumber){
    return redisTemplate.opsForValue().getBit(key, employeeNumber - 1);
}

咱們能夠查看某一天的打卡總人數，代碼以下，入參："signed:20201101"：

/**
 * BITCOUNT命令
 * 查看某一天的打卡人數
 * 時間複雜度：O(N)
 */
public Long signedCount(String key){
    return (Long) redisTemplate.execute((RedisCallback<Long>)  conn -> conn.bitCount(key.getBytes()));
}

這樣咱們就能根據打卡人數來判斷當天的遲到人數比例。

注意：上面的sign方法必須設置key的序列化採用StringRedisSerializer，不然查詢打卡狀況是查不到的。若是不設置StringRedisSerializer，上面的sign和isSigned改成使用conn來執行，代碼以下：

public void sign(String key, int employeeNumber){
    redisTemplate.execute((RedisCallback<Boolean>)  conn -> conn.setBit(key.getBytes(), employeeNumber - 1, true));
}
public boolean isSigned(String key, int employeeNumber){
    return redisTemplate.execute((RedisCallback<Boolean>)  conn -> conn.getBit(key.getBytes(), employeeNumber - 1));
}

或者使用下面代碼來設置RedisTemplate的setKeySerializer：

redisTemplate.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());

那若是想看當月沒有遲到過的員工呢？這個時候就要用到交集了，對當月天天的bitmap作交集，值爲1的員工就是沒有遲到過的。

這時就要用到bitmap的聚合運算了，命令BITOP， 支持AND(與)、OR(或), XOR(異或) and NOT(非)運算，除了NOT後面跟一個bitmap外，其餘3種聚合運算後面均可以跟多個bitmap，命令以下：

BITOP AND destkey srckey1 srckey2 srckey3 ... srckeyN
BITOP OR destkey srckey1 srckey2 srckey3 ... srckeyN
BITOP XOR destkey srckey1 srckey2 srckey3 ... srckeyN
BITOP NOT destkey srckey

爲了讓demo簡單一些，我這裏給出一個查看2天內沒有遲到的員工，代碼以下：

/**
 * 命令：BITOP
 * 複雜度：O(N)
 * 整個月全勤的員工數量，這裏用2天表明整個月
 * @param key1 第一天
 * @param key2 次日
 */
public Long signedAllMonth(String key1, String key2){
    String andMap = "signedAllMonth11";
    redisTemplate.execute((RedisCallback)  conn -> conn.bitOp(RedisStringCommands.BitOperation.AND, andMap.getBytes(), key1.getBytes(), key2.getBytes()));
    return (Long) redisTemplate.execute((RedisCallback<Long>)  conn -> conn.bitCount(andMap.getBytes()));
}

下面我再給出一段測試代碼，這段代碼模擬有50個員工全勤，bitMapService是我上面的代碼所在類：

@Test
public void testSignedAllMonth(){
    for (int i = 1; i <= 100; i++){
        bitMapService.sign("signed:20201101", i);
    }
    for (int i = 1; i <= 100; i += 2){
        bitMapService.sign("signed:20201102", i);
    }
    Long count = bitMapService.signedAllMonth("signed:20201101", "signed:20201102");
    System.out.println("=========="+count);
}

輸出以下：

==========50

判斷日活躍用戶數量

好比網站有10萬個用戶，咱們要判斷當天的日活用戶。這樣咱們建立一個長度爲10萬的bitmap，每一個用戶id佔一個位，咱們定義key爲：user:login，number爲用戶編號。當有用戶登陸時，調用下面的方法：

redisTemplate.opsForValue().setBit(key, number - 1, true);

日終的時候，咱們用下面的方法就能夠判斷出日活用戶：

redisTemplate.execute((RedisCallback<Long>)  conn -> conn.bitCount(key.getBytes()));

總結

bitmap普遍地運用在二值計算的場景，對於一個二值狀態只用一個bit位就能夠，很是節約內存。好比咱們對一個10億的用戶進行日活計算，佔用的空間只有120M:

10億/8/1024/1024=120M

官網連接：

https://redis.io/commands/bitop

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