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Redis的数据结构之bitmap

mhr18 2024-12-13 12:57 21 浏览 0 评论

背景

项目开发过程中，我们经常会使用boolean类型来存储数据。例如记录用户每天签到,签到了是1，没签则为0，如果我们需要统计一年内的签到数，如果采用String来存储，需要每个用户都要记录 365次，当用户数量非常大时,需要的存储空间非常巨大。为了解决这个问题，Redis提供了位图数据结构来解决此问题。

简介

bitmap简称位图，是由多个二进制位组成的数组，数组中的每个二进制位都有与之对应的偏移量，可以通过这些偏移量对位图中指定的一个或多个二进制位进行操作。

数据结构

说明：位图也可以看作一个字节数组，索引序号代表对应的值，bitmap默认值都为0

基础命令

setbit 设置二进制位的值

基本语法

setbit key offset value

注意：设置bit值时，其中offset的值不能为负数，否则会报ERR bit offset is not integer or out of range错误。

示例说明

将位图mbit设置为:10010100

  #设置第一个位置为1
  setbit mbit 0 1 
  #设置第四个位置为1
  setbit mbit 3 1 
  #设置第六个位置为1
  setbit mbit 5 1

位图的变化过程

位图的扩展

当用户执行setbit命令时,如果位图不存在，或者位图当前的大小无法满足用户想要执行的设置操作，那么Redis将对被设置的位图进行扩展，使得位图可以满足用户的设置请求。

例如用户执行如下命令：

setbit mbit 10 1

Redis创建出的位图并不是只有11个二进制位，而是有两个字节共16个二进制位，如下图所示。

说明：从个图我们也可以看到,除了偏移量为10的二进制位之外，其他所有未被设置的二进制位都被初始化成了0。

getbit 获取二进制位的值

基本语法

getbit key offset

示例

bitcount 统计被设置的二进制位数量

基本语法

bitcount key start end

示例

bitop 对一个或多个保存二进制位的字符串 key 进行位元操作

基本语法

bitop and key1 key2

说明: bitop 命令支持 and、or、not、xor这四种操作

  • and: 与运算符（&） 两个同时为1，结果为1，否则为0
  • or: 或运算（|） 一个为1，其值为1
  • not: 取反(0110 0001 NOT: 1001 1110)
  • xor: 异或运算,值不同为1，否则为0

示例

bitpos 用来查找指定范围内出现的第一个 0 或 1 (字节为单位)

基本语法

bitpos key start end

示例

应用场景

  • 1.用户签到次数

1 代表签到，0 代表未签到，这样可以很轻松地统计出用户的活跃程度。相比于直接使用字符串而言，位图中的每一条记录仅占用一个bit位，从而大大降低了内存空间使用率。

2.统计登录次数

总结

本文讲解了位图的基本数据结构和操作命令，位图适合于一些特定的场景，我们需要集合实际的业务场景情况，选择合适的数据结构存储能够大大的降低Redis的内存空间。



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