Redis-Bitmap介绍及使用

淡淡的烟草味﹌ 2021-09-25 11:18 489阅读 0赞

**目录**

1、Bitmap是什么

2、Bitmap 基本命令

3、Bitmap的优点和限制

4、Bitmap使用场景

4.1、引入依赖、配置

4.2、活跃用户

4.3、查询指定日期 活跃的用户数

4.4、扩展 周活跃用户数

4.5、用户/员工签到

总结

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## 1、Bitmap是什么 ##

可以把BitMap想象成一个数组，树组的下标即是 偏移量，数组只能存储 0 1。

bitmap = 位图，就是 byte 数组，用二进制表示，这个数组只能存储0或者1 。bitmap 就是用最小的单位bit来存储 0/1 从而表示某个元素对应的值或者状态。

## 2、Bitmap 基本命令 ##

setbit key offset value：对key 所存储的字符串值，设置或清除指定偏移量上的位（bit）

getbit key offset : 对key所存储的字符串值，获取指定偏移量上的位（bit）

bitcount key \[offset\_start, offset\_end\] : 获取位图指定范围中位值为1的个数如果不指定start与end，则取所有。

bitop op destkey \[key1,key2...\] : 做多个bitmap的and（交集）、or（并集）、not（非）、xor（异或）操作并将结果保存在destKey中

### 3、Bitmap的优点和限制 ###

**优点**

1.  基于最小单位bit存储数据，非常节省空间，大概的空间占用计算公式是：($offset/8/1024/1024)MB，比如我有5000W用户，那么一天的数据大约为50000000/8/1024/1024=6MB
2.  设置数据的时间复杂度O(1) 获取数据的时间复杂度 也是 O(1),所以操作很快
3.  方便扩容

**限制**

bit 映射被限制在512MB之内，所以最大是 2^32次方 ，因为 1M = 1024kb  ，  1kb = 1024 B  ， 1B = 8bit。

所以1M = 1024\*1024 \* 8   = 2^23     那么512MB = 2^32 次方 ，所以建议 key的 offset 控制一下。

## 4、Bitmap使用场景 ##

根据上述了解到的理论知识可知，bitmap可以记录一些状态，通过0 1 区分状态的场景。下面就通过小案例展示 如果通过 RedisTemplate 操作 Bitmap。

> 1.RedisTemplate 使用opsForValue 操作 setbit和getbit
> 
> 2.RedisTemplate 没有提供直接操作 bitcount的方法，通过 redisTemplate.execute
> 
> 来执行bitcount方法

### 4.1、引入依赖、配置 ###

<dependency>    
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>    
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId> 
    </dependency> 
    <dependency>   
     <groupId>org.springframework.boot</groupId>   
     <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId> 
    </dependency>

@Configuration public class RedisConfig {    
    @Bean    public RedisTemplate<String, String> redisTemplate(RedisConnectionFactory factory) {        
    
    StringRedisTemplate template = new StringRedisTemplate(factory);   
         Jackson2JsonRedisSerializer jackson2JsonRedisSerializer = new Jackson2JsonRedisSerializer(Object.class);  
          StringRedisSerializer stringRedisSerializer = new StringRedisSerializer();  
          ObjectMapper om = new ObjectMapper();       
     om.setVisibility(PropertyAccessor.ALL, JsonAutoDetect.Visibility.ANY);       
     om.enableDefaultTyping(ObjectMapper.DefaultTyping.NON_FINAL);       
     jackson2JsonRedisSerializer.setObjectMapper(om);      
      template.setKeySerializer(stringRedisSerializer);     
       template.setHashKeySerializer(stringRedisSerializer);        template.setValueSerializer(stringRedisSerializer);       
     template.setHashValueSerializer(stringRedisSerializer);      
      template.afterPropertiesSet();        
    return template;   
    } }

### 4.2、活跃用户 ###

我们假设某一天登录过 就算 活跃 ，那么可以登录后设置 状态为 1 ; key = 2021-06-26

@GetMapping("/login") public void login(String username, String password) {    
    //1.模拟从数据库查询 用户信息    
    UserEntity user = findUserByUsername(username);    
    if (user != null) {        
    //记录今日活跃       
     recordActivity(user.getId());   
    }    
    //其他业务逻辑 
    }  
    private Boolean recordActivity(long id) {     
    //获取今日日期        
    LocalDate date = LocalDate.now();       
     String dateText = date.format(DateTimeFormatter.ISO_DATE);  
                return redisTemplate.opsForValue().setBit(dateText, id, true); 
    }

### 4.3、查询指定日期 活跃的用户数 ###

RedisTemplate 没有提供直接操作 bitcount的方法，通过redisTemplate.execute

来执行bitcount方法

/** * 根据日期 查询指定日期的活跃用户数 * * @param dateText */
     @GetMapping("/day") public Long dayActivity(String dateText) {   
     return (Long) redisTemplate.execute((RedisCallback<Long>) cn -> cn.bitCount(dateText.getBytes()));    
    //其他业务逻辑 }

### 4.4、扩展 周活跃用户数 ###

通过上面的基础，我们可以配合 bitop  操作 来统计 一周的 活跃用户数  然后通过 bitcount 计算出来，命令如下所示：

> bitop  or  weekActivityKey  2021-04-26   2021-04-27  2021-04-28  2021-04-29  2021-04-30  2021-05-01  2021-05-02  
> 
> bitcount  weekActivityKey    \#\# 即可得到 近一周的 活跃用户数的统计结果

@GetMapping("/week") public Long weekActivity() {    List<String> weekDateList = getWeekDateList();    String result = "";    //读取result 的 结果    return (Long) redisTemplate.execute((RedisCallback<Long>) redisConnection -> {        RedisStringCommands redisStringCommands = redisConnection.stringCommands();        List<byte[]> collect = weekDateList.stream().map(String::getBytes).collect(Collectors.toList());        //collect.toArray(new byte[][]{new byte[collect.size()]}        //先通过 or 操作 计算结果到 result        redisStringCommands.bitOp(BitOperation.OR, result.getBytes(), collect.toArray(new byte[][]{new byte[collect.size()]}));        return redisConnection.bitCount(result.getBytes());   }); } //查询 最近一周日期list private List<String> getWeekDateList() {     List<String> weekList = new ArrayList<>();     SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");     Calendar c = Calendar.getInstance();     // 今天是一周中的第几天     int dayOfWeek = c.get(Calendar.DAY_OF_WEEK);     if (c.getFirstDayOfWeek() == Calendar.SUNDAY) {            c.add(Calendar.DAY_OF_MONTH, 1);     }     // 计算一周开始的日期     c.add(Calendar.DAY_OF_MONTH, -dayOfWeek);     for (int i = 1; i <= 7; i++) {          c.add(Calendar.DAY_OF_MONTH, 1);          weekList.add(sdf.format(c.getTime()));     }     return weekList; }

### 4.5、用户/员工签到 ###

签到也是可以通过 0 1 状态来记录。假设公司对100个员工进行签到行为统计，可以为当月每一天分配一个bitmap，这个bitmap保存100个bit位，来记录签到行为。

/** * SETBIT命令 * 员工打卡 * 时间复杂度：O(1) */ public void sign(String key, int employeeNumber){ redisTemplate.opsForValue().setBit(key, employeeNumber - 1, true); } /** * GETBIT命令 * 查看员工打卡情况 * 时间复杂度：O(1) */ public boolean isSigned(String key,int employeeNumber){ return redisTemplate.opsForValue().getBit(key, employeeNumber - 1); }

可以查看某一天的打卡总人数，这样就能根据打卡人数来判断当天的迟到人数比例。

/** * BITCOUNT命令 * 查看某一天的打卡人数 * 时间复杂度：O(N) */ public Long signedCount(String key){ return (Long) redisTemplate.execute((RedisCallback<Long>) conn -> conn.bitCount(key.getBytes())); }

如果想看当月没有迟到过的员工呢？就需要用到交集了，对当月每天的bitmap做交集，值为1的员工就是没有迟到过的。bitmap的聚合运算命令 bitop支持AND(与)、OR(或), XOR(异或) and NOT(非)运算，除了NOT后面跟一个bitmap外，其他3种聚合运算后面都可以跟多个bitmap，命令如下：

> BITOP AND destkey srckey1 srckey2 srckey3 ... srckeyN
> 
> BITOP OR destkey srckey1 srckey2 srckey3 ... srckeyN
> 
> BITOP XOR destkey srckey1 srckey2 srckey3 ... srckeyN
> 
> BITOP NOT destkey srckey

为了让demo简单一些，给出只查看2天内没有迟到的员工。

/** * 命令：BITOP * 复杂度：O(N) * 整个月全勤的员工数量，这里用2天代表整个月 * @param key1 第一天 * @param key2 第二天 */ public Long signedAllMonth(String key1, String key2){ String andMap = "signedAllMonth11"; redisTemplate.execute((RedisCallback) conn -> conn.bitOp(RedisStringCommands.BitOperation.AND, andMap.getBytes(), key1.getBytes(), key2.getBytes())); return (Long) redisTemplate.execute((RedisCallback<Long>) conn -> conn.bitCount(andMap.getBytes())); }

下面给出测试代码，模拟只有50个员工全勤。

@Test public void testSignedAllMonth(){ for (int i = 1; i <= 100; i++){ bitMapService.sign("signed:20201101", i); } for (int i = 1; i <= 100; i += 2){ bitMapService.sign("signed:20201102", i); } Long count = bitMapService.signedAllMonth("signed:20201101", "signed:20201102"); System.out.println("=========="+count); }

## 总结 ##

bitmap广泛地运用在二值计算的场景，对于一个二值状态只用一个bit位就可以，非常节约内存。比如我们对一个10亿的用户进行日活计算，占用的空间只有120M:

> 10亿/8/1024/1024=120M