Redis：Bitmaps使用场景-用户签到、统计活跃用户、用户在线状态

系统管理员 2021-08-27 01:26 623阅读 0赞

### BitMap是什么 ###

就是通过一个bit位来表示某个元素对应的值或者状态,其中的key就是对应元素本身。我们知道8个bit可以组成一个Byte，所以bitmap本身会极大的节省储存空间。

### Redis中的BitMap ###

Redis从2.2.0版本开始新增了`setbit`,`getbit`,`bitcount`等几个bitmap相关命令。虽然是新命令，但是并没有新增新的数据类型，因为`setbit`等命令只不过是在`set`上的扩展。

### setbit命令介绍 ###

命令参考：[https://blog.csdn.net/z69183787/article/details/104335632][https_blog.csdn.net_z69183787_article_details_104335632]

BitMap 就是通过一个 bit 位来表示某个元素对应的值或者状态, 其中的 key 就是对应元素本身，实际上底层也是通过对字符串的操作来实现。Redis 从 2.2 版本之后新增了setbit, getbit, bitcount 等几个 bitmap 相关命令。虽然是新命令，但是本身都是对字符串的操作，我们先来看看语法：

>      SETBIT key offset value

其中 offset 必须是数字，value 只能是 0 或者 1，咋一看感觉没啥用处，我们先来看看 bitmap 的具体表示，当我们使用命令 setbit key (0,2,5,9,12) 1后，它的具体表示为：

可以看出 bit 的默认值是 0，那么 BitMap 在实际开发的运用呢？这里举一个例子：储存用户在线状态。这里只需要一个 key，然后把用户 ID 作为 offset，如果在线就设置为 1，不在线就设置为 0。实例代码：

//设置在线状态
    
    $redis->setBit('online', $uid, 1);
    
    
    //设置离线状态
    
    $redis->setBit('online', $uid, 0);
    
    
    //获取状态
    
    $isOnline = $redis->getBit('online', $uid);
    
    
    //获取在线人数
    
    $isOnline = $redis->bitCount('online');

空间占用、以及第一次分配空间需要的时间

在一台2010MacBook Pro上，offset为2^32-1（分配512MB）需要～300ms，offset为2^30-1(分配128MB)需要～80ms，offset为2^28-1（分配32MB）需要～30ms，offset为2^26-1（分配8MB）需要8ms。<来自官方文档>  
大概的空间占用计算公式是：`($offset/8/1024/1024)MB`

### 使用场景一：用户签到 ###

很多网站都提供了签到功能(这里不考虑数据落地事宜)，并且需要展示最近一个月的签到情况，如果使用bitmap我们怎么做？一言不合亮代码！

<?php
    
    $redis = new Redis();
    
    $redis->connect('127.0.0.1');
    
    
    
    //用户uid
    
    $uid = 1;
    
    
    //记录有uid的key
    
    $cacheKey = sprintf("sign_%d", $uid);
    
    
    //开始有签到功能的日期
    
    $startDate = '2017-01-01';
    
    
    //今天的日期
    
    $todayDate = '2017-01-21';
    
    
    //计算offset
    
    $startTime = strtotime($startDate);
    
    $todayTime = strtotime($todayDate);
    
    $offset = floor(($todayTime - $startTime) / 86400);
    
    
    echo "今天是第{$offset}天" . PHP_EOL;
    
    
    //签到
    
    //一年一个用户会占用多少空间呢？大约365/8=45.625个字节，好小，有木有被惊呆？
    
    $redis->setBit($cacheKey, $offset, 1);
    
    
    //查询签到情况
    
    $bitStatus = $redis->getBit($cacheKey, $offset);
    
    echo 1 == $bitStatus ? '今天已经签到啦' : '还没有签到呢';
    
    echo PHP_EOL;
    
    
    //计算总签到次数
    
    echo $redis->bitCount($cacheKey) . PHP_EOL;
    
    
    /**
    
    * 计算某段时间内的签到次数
    
    * 很不幸啊,bitCount虽然提供了start和end参数，但是这个说的是字符串的位置，而不是对应"位"的位置
    
    * 幸运的是我们可以通过get命令将value取出来，自己解析。并且这个value不会太大，上面计算过一年一个用户只需要45个字节
    
    * 给我们的网站定一个小目标，运行30年，那么一共需要1.31KB(就问你屌不屌？)
    
    */
    
    //这是个错误的计算方式
    
    echo $redis->bitCount($cacheKey, 0, 20) . PHP_EOL;

### BITCOUNT的坑 ###

redis> BITCOUNT bits
    
    (integer) 0
    
    redis> SETBIT bits 1 1          
    
    (integer) 0
    
    redis> SETBIT bits 2 1
    
    (integer) 0
    
    redis> BITCOUNT bits
    
    (integer) 2
    
    redis> BITCOUNT bits 2 -1
    
    (integer) 0

>   
> 为什么我设置了bitcount的start后会取不到值？  
> “redis的setbit修改的是bit位置，而bitcount检查的是byte位置，两者相差有8的倍数”，再看文档确实是有这个说明，不过太不明显了  
> 所以在setbit 前把offset \* 8 才可以。

代码如下：

$redis = new Redis();
    
    $redis->connect('127.0.0.1', 6379, 10);
    
    
    // 乘以8的原因是这个操作修改的是bit位置
    
    $start = 1;
    
    $offset = $start * 8;
    
    $redis->setBit('bit', $offset, 1);
    
    $count = $redis->bitCount('bit', $start, -1);
    
    var_dump($count);

使用场景二：统计活跃用户

使用时间作为cacheKey，然后用户ID为offset，如果当日活跃过就设置为1  
那么我该如果计算某几天/月/年的活跃用户呢(暂且约定，统计时间内只有有一天在线就称为活跃)，有请下一个redis的命令  
命令 `BITOP operation destkey key [key ...]`  
说明：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。  
说明：BITOP 命令支持 AND 、 OR 、 NOT 、 XOR 这四种操作中的任意一种参数

//日期对应的活跃用户
    
     $data = array( 
    
    '2017-01-10' => array(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10), 
    
    '2017-01-11' => array(1,2,3,4,5,6,7,8), 
    
    '2017-01-12' => array(1,2,3,4,5,6), 
    
    '2017-01-13' => array(1,2,3,4), 
    
    '2017-01-14' => array(1,2) 
    
    ); 
    
    
     //批量设置活跃状态 
    
    foreach($data as $date=>$uids) { 
    
    $cacheKey = sprintf("stat_%s", $date); 
    
    foreach($uids as $uid) { 
    
    $redis->setBit($cacheKey, $uid, 1); 
    
    }
    
     }
    
    
      $redis->bitOp('AND', 'stat', 'stat_2017-01-10', 'stat_2017-01-11', 'stat_2017-01-12') . PHP_EOL; 
    
    //总活跃用户：6 
    
    echo "总活跃用户：" . $redis->bitCount('stat') . PHP_EOL;  
    
    
    $redis->bitOp('AND', 'stat1', 'stat_2017-01-10', 'stat_2017-01-11', 'stat_2017-01-14') . PHP_EOL; 
    
    //总活跃用户：2 
    
    echo "总活跃用户：" . $redis->bitCount('stat1') . PHP_EOL;
    
    
      $redis->bitOp('AND', 'stat2', 'stat_2017-01-10', 'stat_2017-01-11') . PHP_EOL; 
    
    //总活跃用户：8 
    
    echo "总活跃用户：" . $redis->bitCount('stat2') . PHP_EOL;

假设当前站点有5000W用户，那么一天的数据大约为50000000/8/1024/1024=6MB

### 使用场景三：用户在线状态 ###

前段时间开发一个项目，对方给我提供了一个查询当前用户是否在线的接口。不了解对方是怎么做的，自己考虑了一下，使用bitmap是一个节约空间效率又高的一种方法，只需要一个key，然后用户ID为offset，如果在线就设置为1，不在线就设置为0，和上面的场景一样，5000W用户只需要6MB的空间。

//批量设置在线状态
    
    $uids = range(1, 500000); 
    
    foreach($uids as $uid) { 
    
    $redis->setBit('online', $uid, $uid % 2);
    
     } 
    
    //一个一个获取状态
    
     $uids = range(1, 500000); 
    
    $startTime = microtime(true); 
    
    foreach($uids as $uid) { 
    
    echo $redis->getBit('online', $uid) . PHP_EOL;
    
     }
    
     $endTime = microtime(true); 
    
    //在我的电脑上，获取50W个用户的状态需要25秒 
    
    echo "total:" . ($endTime - $startTime) . "s";
    
    
       /** 
    
    * 对于批量的获取，上面是一种效率低的办法，实际可以通过get获取到value，然后自己计算 
    
    * 具体计算方法改天再写吧，之前写的代码找不见了。。。 
    
    */

其实BitMap可以运用的场景很多很多(当然也会受到一些限制)，思维可以继续扩散~欢迎小伙伴给我留言探讨~

参考来源：[https://segmentfault.com/a/1190000008188655][https_segmentfault.com_a_1190000008188655]

[https_blog.csdn.net_z69183787_article_details_104335632]: https://blog.csdn.net/z69183787/article/details/104335632
[https_segmentfault.com_a_1190000008188655]: https://segmentfault.com/a/1190000008188655