Redis6：第六章：（1）Redis6 新数据类型：Bitmaps

一、Bitmap 简介

　　现代计算机用二进制（位） 作为信息的基础单位， 1个字节等于8位， 例如“abc”字符串是由3个字节组成， 但实际在计算机存储时将其用二进制表示， “abc”分别对应的ASCII码分别是97、 98、 99， 对应的二进制分别是01100001、 01100010和01100011，如下图

　　

　　合理地使用操作位能够有效地提高内存使用率和开发效率。

　　Redis提供了Bitmaps这个“数据类型”可以实现对位的操作：

　　（1） Bitmaps本身不是一种数据类型， 实际上它就是字符串（key-value） ， 但是它可以对字符串的位进行操作。

　　（2）Bitmaps单独提供了一套命令， 所以在Redis中使用Bitmaps和使用字符串的方法不太相同。 可以把Bitmaps想象成一个以位为单位的数组， 数组的每个单元只能存储0和1， 数组的下标在Bitmaps中叫做偏移量。

　　　　

二、命令

1、setbit

　　（1）格式

setbit <key> <offset> <value>：设置Bitmaps中某个偏移量的值（0或1）

　　　　

　　　offset：偏移量从0开始

　　（2）实例

　　　　每个独立用户是否访问过网站存放在 Bitmaps 中， 将访问的用户记做1， 没有访问的用户记做0， 用偏移量作为用户的id。

　　　　设置键的第offset个位的值（从0算起），假设现在有20个用户，userid=1， 6， 11， 15， 19的用户对网站进行了访问， 那么当前Bitmaps初始化结果如图

　　　　 

　　　　unique:users:20201106代表2020-11-06这天的独立访问用户的Bitmaps

　　　　

　　注：

　　很多应用的用户 id 以一个指定数字（例如10000） 开头， 直接将用户 id 和 Bitmaps 的偏移量对应势必会造成一定的浪费， 通常的做法是每次做 setbit 操作时将用户 id 减去这个指定数字。

　　在第一次初始化Bitmaps时，假如偏移量非常大，那么整个初始化过程执行会比较慢，可能会造成Redis的阻塞。

 

2、getbit

　　（1）格式

getbit <key> <offset>：获取Bitmaps中某个偏移量的值

　　　　

 　　　　获取键的第offset位的值（从0开始算）

　　（2）实例

　　　　获取id=8的用户是否在2020-11-06这天访问过， 返回0说明没有访问过：

　　　　

　　　　注：因为100根本不存在，所以也是返回 0。

3、bitcount

　　统计字符串被设置为1的bit数。一般情况下，给定的整个字符串都会被进行计数，通过指定额外的 start 或 end 参数，可以让计数只在特定的位上进行。start 和 end 参数的设置，都可以使用负数值：比如 -1 表示最后一个位，而 -2 表示倒数第二个位，start、end 是指bit组的字节的下标数，二者皆包含。

　　（1）格式

bitcount <key> [start end]：统计字符串从start字节到end字节比特值为1的数量

　　　　　

　　（2）实例

　　　　计算2022-11-06这天的独立访问用户数量

　　　　

　　　　start和end代表起始和结束字节数，下面操作计算用户id在第1个字节到第3个字节之间的独立访问用户数， 对应的用户id是11， 15， 19。

 

　　（3）举例

　　　　 K1 【01000001 01000000  00000000 00100001】，对应下标为【0，1，2，3】

bitcount K1 1 2 
统计下标1、2字节组中bit=1的个数，即01000000  00000000 --》bitcount K1 1 2 　　--》1

bitcount K1 1 3 
统计下标1、2字节组中bit=1的个数，即01000000  00000000 00100001 --》bitcount K1 1 3　　--》3

bitcount K1 0 -2 
统计下标0到下标倒数第2，字节组中bit=1的个数，即01000001  01000000   00000000 --》bitcount K1 0 -2　　--》3

 

 　　注意：redis的setbit设置或清除的是bit位置，而 bitcount 计算的是byte位置。 

4、bitop

　　（1）格式

bitop  and(or/not/xor) <destkey> [key…]

　　　　

　　　bitop是一个复合操作， 它可以做多个Bitmaps的and（交集）、or（并集）、 not（非）、xor（异或） 操作并将结果保存在destkey中。

　　（2）实例

　　　　2020-11-04 日访问网站的userid=1,2,5,9。

setbit unique:users:20201104 1 1
setbit unique:users:20201104 2 1
setbit unique:users:20201104 5 1
setbit unique:users:20201104 9 1

 

　　　　2020-11-03 日访问网站的userid=0,1,4,9。

setbit unique:users:20201103 0 1
setbit unique:users:20201103 1 1
setbit unique:users:20201103 4 1
setbit unique:users:20201103 9 1

　　

　　　　① 计算出两天都访问过网站的用户数量

bitop and unique:users:and:20201104_03 unique:users:20201103 unique:users:20201104

　　　　

　　　　

　　　　② 计算出任意一天都访问过网站的用户数量（例如月活跃就是类似这种） ， 可以使用or求并集

　　　　

三、Bitmaps与set对比

　　假设网站有1亿用户， 每天独立访问的用户有5千万， 如果每天用集合类型和Bitmaps分别存储活跃用户可以得到表

set和Bitmaps存储一天活跃用户对比
数据 类型	每个用户id占用空间	需要存储的用户量	全部内存量
集合 类型	64位	50000000	64位*50000000 = 400MB
Bitmaps	1位	100000000	1位*100000000 = 12.5MB

 

　　很明显， 这种情况下使用Bitmaps能节省很多的内存空间， 尤其是随着时间推移节省的内存还是非常可观的

set和Bitmaps存储独立用户空间对比
数据类型	一天	一个月	一年
集合类型	400MB	12GB	144GB
Bitmaps	12.5MB	375MB	4.5GB

 

　　但Bitmaps并不是万金油， 假如该网站每天的独立访问用户很少， 例如只有10万（大量的僵尸用户） ， 那么两者的对比如下表所示， 很显然， 这时候使用Bitmaps就不太合适了， 因为基本上大部分位都是0。

set和Bitmaps存储一天活跃用户对比（独立用户比较少）
数据类型	每个userid占用空间	需要存储的用户量	全部内存量
集合类型	64位	100000	64位*100000 = 800KB
Bitmaps	1位	100000000	1位*100000000 = 12.5MB