Redis--位圖BitMap

1、BitMap是什麼

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，value對應0或1，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。

 

2、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。

 

Redis的bitmap讓咱們能夠實時的進行統計，而且極其節省空間。在模擬1億2千8百萬用戶的模擬環境下，在一臺MacBookPro上，典型的統計如「日用戶數」(dailyunique users) 的時間消耗小於50ms, 佔用16MB內存。

 

Bitmap是一串連續的2進制數字（0或1），每一位所在的位置爲偏移(offset)，在bitmap上可執行AND,OR,XOR以及其它位操做。

 

3、Redis中的命令

一、setbit

　　語法：setbit key offset value

　　描述：

　　　　對key所儲存的字符串值，設置或清除指定偏移量上的位(bit)。

　　　　位的設置或清除取決於 value 參數，能夠是 0 也能夠是 1 。

　　　　當 key 不存在時，自動生成一個新的字符串值。

　　　　字符串會進行伸展(grown)以確保它能夠將 value 保存在指定的偏移量上。當字符串值進行伸展時，空白位置以 0 填充。

　　注意：

　　　　offset 參數必須大於或等於 0 ，小於 2^32 (bit 映射被限制在 512 MB 以內)。

　　　　由於 Redis 字符串的大小被限制在 512 兆(megabytes)之內， 因此用戶可以使用的最大偏移量爲 2^29-1(536870911) ， 若是你須要使用比這更大的空間， 請使用多個 key。

　　　　當生成一個很長的字符串時， Redis 須要分配內存空間， 該操做有時候可能會形成服務器阻塞(block)。 在2010年出產的Macbook Pro上， 設置偏移量爲 536870911(512MB 內存分配)將耗費約 300 毫秒， 設置偏移量爲 134217728(128MB 內存分配)將耗費約 80 毫秒， 設置偏移量 33554432(32MB 內存分配)將耗費約 30 毫秒， 設置偏移量爲 8388608(8MB 內存分配)將耗費約 8 毫秒。

 

二、getbit

　　語法：getbit key offset

　　描述：

　　　　對 key 所儲存的字符串值，獲取指定偏移量上的位(bit)。

　　　　當 offset 比字符串值的長度大，或者 key 不存在時，返回 0

三、bitcount

　　語法：bitcount key [start] [end]

　　返回值：被設置爲 1 的位的數量

　　描述：

　　　　計算給定字符串中，被設置爲 1 的比特位的數量

　　　　通常狀況下，給定的整個字符串都會被進行計數，經過指定額外的 start 或 end 參數，可讓計數只在特定的位上進行。

　　　　start 和 end 參數的設置和 GETRANGE key start end 命令相似，均可以使用負數值： 好比 -1表示最後一個字節， -2 表示倒數第二個字節，以此類推。

　　　　不存在的 key 被當成是空字符串來處理，所以對一個不存在的 key 進行 BITCOUNT 操做，結果爲 0 。

四、bitpos

五、bitop

　　語法：bitop operation destkey key [key ...]

　　　　operation 能夠是 AND 、 OR 、 NOT 、 XOR 這四種操做中的任意一種：

• • 　　BITOP AND destkey key [key ...] ，對一個或多個 key 求邏輯並，並將結果保存到 destkey 。
  • 　　BITOP OR destkey key [key ...] ，對一個或多個 key 求邏輯或，並將結果保存到 destkey 。
  • 　　BITOP XOR destkey key [key ...] ，對一個或多個 key 求邏輯異或，並將結果保存到 destkey 。
  • 　　BITOP NOT destkey key ，對給定 key 求邏輯非，並將結果保存到 destkey 。

　　　　除了 NOT 操做以外，其餘操做均可以接受一個或多個 key 做爲輸入。　　　　

　　返回值：保存到 destkey 的字符串的長度，和輸入 key 中最長的字符串長度相等

　　描述：

　　　　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。

　　注意：處理不一樣長度的字符串

　　　　當 BITOP 處理不一樣長度的字符串時，較短的那個字符串所缺乏的部分會被看做 0 。

　　　　空的 key 也被看做是包含 0 的字符串序列。

　　

六、bitfield

 

4、應用場景

一、位圖計數統計

位圖計數統計的是bitmap中值爲1的位的個數。位圖計數的效率很高，例如，一個bitmap包含10億個位，90%的位都置爲1，在一臺MacBook Pro上對其作位圖計數須要21.1ms。

例子：日活躍用戶

爲了統計今日登陸的用戶數，咱們創建了一個bitmap,每一位標識一個用戶ID。當某個用戶訪問咱們的網頁或執行了某個操做，就在bitmap中把標識此用戶的位置爲1。

每次用戶登陸時會執行一次redis.setbit(daily_active_users, user_id, 1)。將bitmap中對應位置的位置爲1，時間複雜度是O(1)。統計bitmap結果顯示有今天有9個用戶登陸。Bitmap的key是daily_active_users，它的值是1011110100100101。

由於日活躍用戶天天都變化，因此須要天天建立一個新的bitmap。咱們簡單地把日期添加到key後面，實現了這個功能。例如要統計某一天有多少個用戶訪問，能夠把這個bitmap的key設計爲daily_active_users:2019-03-27。當用戶訪問進來，咱們只是簡單地在bitmap中把標識這個用戶的位置爲1，時間複雜度是O(1)。

 

備註：

Redis原生指令參考 http://redisdoc.com/index.html
Redis python客戶端 方法參考 http://redis-py.readthedocs.io/en/latest/#indices-and-tables