Redis 使用 Bitmap

 

redis数据类型 String、Set、Zset、List、hash       Bitmap 。

四种统计类型：

1. 二值状态统计；
2. 聚合统计；
3. 排序统计；
4. 基数统计

二值状态统计：

就是集合中的元素的值只有 0 和 1 两种，在签到打卡和用户是否登陆的场景中，只需记录签到(1)或 未签到(0)，已登录(1)或未登陆(0)。

在判断用户是否登陆的场景中使用 Redis 的 String 类型实现（key -> userId，value -> 0 表示下线，1 - 登陆），假如存储 100 万个用户的登陆状态，如果以字符串的形式存储，就需要存储 100 万个字符串了，内存开销太大。【注;String 类型除了记录实际数据以外，还需要额外的内存记录数据长度、空间使用等信息。】

当保存的数据包含字符串，String 类型就使用简单动态字符串（SDS）结构体来保存，如下图所示：

                                                                                  <SDS>

• len：占 4 个字节，表示 buf 的已用长度。
• alloc：占 4 个字节，表示 buf 实际分配的长度，通常 > len。
• buf：字节数组，保存实际的数据，Redis 自动在数组最后加上一个 “\0”，额外占用一个字节的开销。

所以，在 SDS 中除了 buf 保存实际的数据， len 与 alloc 就是额外的开销。

另外，还有一个 RedisObject 结构的开销，因为 Redis 的数据类型有很多，而且，不同数据类型都有些相同的元数据要记录（比如最后一次访问的时间、被引用的次数等）。

所以，Redis 会用一个 RedisObject 结构体来统一记录这些元数据，同时指向实际数据。

 对于二值状态场景，我们就可以利用 Bitmap 来实现。比如登陆状态我们用一个 bit 位表示，一亿个用户也只占用 一亿 个 bit 位内存 ≈ （100000000 / 8/ 1024/1024）12 MB

Bitmap 的底层数据结构用的是 String 类型的 SDS 数据结构来保存位数组，Redis 把每个字节数组的 8 个 bit 位利用起来，每个 bit 位 表示一个元素的二值状态（不是 0 就是 1）。

可以将 Bitmap 看成是一个 bit 为单位的数组，数组的每个单元只能存储 0 或者 1，数组的下标在 Bitmap 中叫做 offset 偏移量。

Bitmap 提供了 GETBIT、SETBIT 操作，通过一个偏移值 offset 对 bit 数组的 offset 位置的 bit 位进行读写操作，需要注意的是 offset 从 0 开始。

只需要一个 key = login_status 表示存储用户登陆状态集合数据， 将用户 ID 作为 offset，在线就设置为 1，下线设置 0。通过 GETBIT判断对应的用户是否在线。50000 万 用户只需要 6 MB 的空间。

 

命令：

SETBIT 命令

SETBIT <key> <offset> <value>

设置或者清空 key 的 value 在 offset 处的 bit 值（只能是 0 或者 1）。

GETBIT 命令

GETBIT <key> <offset>

获取 key 的 value 在 offset 处的 bit 位的值，当 key 不存在时，返回 0。

======》

Redis 提供了 BITPOS key bitValue [start] [end]指令，返回数据表示 Bitmap 中第一个值为 bitValue 的 offset 位置