Redis应用-位图

我们都知道8bit = 1b = 2−102^{-10}2−10kb，bitmap就是通过最小的单位bit来进行0或者1的设置，表示某个元素对应的值或者状态。
一个bit的值，或者是0，或者是1；也就是说一个bit能存储的最多信息是2。

位图并不是一种特殊的数据结构，其实本质上是二进制字符串，也可以看做是 byte 数组。可以使用普通的 get/set 直接获取和设置整个位图的内容，也可以使用位图操作 getbit/setbit 等将 byte 数组看成「位数组」来处理。

位图的优势:

1. 基于最小的单位bit进行存储，所以非常省空间。
2. 设置时候时间复杂度O(1)、读取时候时间复杂度O(n)，操作是非常快的
3. 二进制数据的存储，进行相关计算的时候非常快
4. 方便扩容

一般可以在如下场景使用：

1. 用户签到
2. 用户在线状态
3. 统计活跃用户
4. 各种状态值

常用命令

SETBIT

对 key 所储存的字符串值，设置或清除指定偏移量上的位(bit)。
SETBIT key offset value
offset 参数必须大于或等于 0 ，小于 2^32 (bit 映射被限制在 512 MB 之内)。

GETBIT

对 key 所储存的字符串值，获取指定偏移量上的位(bit)。
GETBIT key offset

BITCOUNT

计算给定字符串中，被设置为 1 的比特位的数量。
BITCOUNT key

BITPOS

返回位图中第一个值为 bit 的二进制位的位置。
BITPOS key bit [start] [end]

BITOP

对一个或多个保存二进制位的字符串 key 进行位元操作，并将结果保存到 destkey 上。
BITOP operation destkey key [key …]
operation 可以是 AND 、 OR 、 NOT 、 XOR 这四种操作中的任意一种
BITOP AND destkey key [key ...] ，对一个或多个 key 求逻辑并，并将结果保存到 destkey 。

BITFIELD

bitfield 有三个子指令，分别是 get/set/incrby，它们都可以对指定位片段进行读写，但是最多只能处理 64 个连续的位，如果超过 64 位，就得使用多个子指令，bitfield 可以一次执行多个子指令。

适用于各类统计应用

记录用户的签到，每日在线情况等，可以将当天或者当天的偏移量对应的bit位设置为1即可，使用BITCOUNT可以轻松统计签到次数。

还有一种使用比较多的情况，就是设置各类状态值，例如商城的设置：是否可以评价订单，是否展示售罄商品，是否正常营业等状态值可以使用bitmap来存储

在性能方面，如前面提到的签到，即使运行 10 年，占用的空间也只是每个用户 10*365 比特位(bit)，也即是每个用户 456 字节。对于这种大小的数据来说， BITCOUNT key [start] [end] 的处理速度就像 GET key 和 INCR key 这种 O(1) 复杂度的操作一样快。

当然如果你的 bitmap 数据非常大，那么可以考虑使用以下两种方法：

• 将一个大的 bitmap 分散到不同的 key 中，作为小的 bitmap 来处理。使用 Lua 脚本可以很方便地完成这一工作。
• 使用 BITCOUNT key [start] [end] 的 start 和 end 参数，每次只对所需的部分位进行计算，然后在进行累加。