Redis 位图 - 学习笔记

我们学习 Redis 时，都知道 Redis 支持以下几种数据类型：string（字符串），hash（哈希），list（列表），set（集合）及 zset(sorted set：有序集合)。 现在介绍另一种比较少见的类型：位图。其实位图并不是一种特殊的数据结构，它的内容其实就是普通的字符串，也就是 byte 数组。我们可以使用普通的 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命令 getbit/setbit 来处理。 在开发过程中，位图有什么作用呢？大家想一下，比如需要保存用户一年的签到记录，签了是 1，没签是 0，要记录 365 天。如果使用数据库表来存储，每个用户每年就会产生 365 条记录，当用户上亿的时候，需要的存储空间是惊人的。

基本使用
setbit/getbit 命令：
127.0.0.1:6379> setbit s 1 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit s 2 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit s 4 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit s 9 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit s 10 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit s 13 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit s 15 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> get s
"he"

        127.0.0.1:6379> getbit s 1
        (integer) 1

从上面的命令大家可以看到以 s 为 key 进行操作的，用 get 命令可以取出“he”的字符串，说明上面的 setbit 操作刚好凑成 he 的字符串，如果使用 getbit key offset 命令取指定偏移位置的值，则可以按照设置的取出来。

统计和查找
除了上面的命令当然不能满足开发的要求，Redis 还提供了位图统计指令 bitcount 和位图查找指令 bitpos，bitcount 用来统计指定位置范围内 1 的个数，bitpos 用来查找指定范围内出现的第一个 0 或 1。
比如我们可以通过 bitcount 统计用户一共签到了多少天，通过 bitpos 指令查找用户从哪一天开始第一次签到。如果指定了范围参数[start, end]，就可以统计在某个时间范围内用户签到了多少天，用户自某天以后的哪天开始签到。
遗憾的是， start 和 end 参数是字节索引，也就是说指定的位范围必须是 8 的倍数，而不能任意指定。因为这个设计，我们无法直接计算某个月内用户签到了多少天，而必须要将这个月所覆盖的字节内容全部取出来 (getrange 可以取出字符串的子串) 然后在内存里进行统计，这个非常繁琐。

    127.0.0.1:6379> set w hello
    OK
    127.0.0.1:6379> bitcount w
    (integer) 21
    127.0.0.1:6379> bitcount w 0 0  # 第一个字符中 1 的位数
    (integer) 3
    127.0.0.1:6379> bitcount w 0 1  # 前两个字符中 1 的位数
    (integer) 7
    127.0.0.1:6379> bitpos w 0  # 第一个 0 位
    (integer) 0
    127.0.0.1:6379> bitpos w 1  # 第一个 1 位
    (integer) 1
    127.0.0.1:6379> bitpos w 1 1 1  # 从第二个字符算起，第一个 1 位
    (integer) 9
    127.0.0.1:6379> bitpos w 1 2 2  # 从第三个字符算起，第一个 1 位
    (integer) 17