Redis位图

Posted 2021-04-07 架构技术栈

上课签到时间到了，张三老师开始点名了，每点一名同学就新增加一条记录，我们数据库会把这条记录写到学生考勤表里，到学期末考核的时候汇总根据学生迟到次数计算总学分。假设一个班级50个学生，一天4课时，一个星期就要记录1000条记录，那么如果说我们根据学生的学号顺序记录学生签到信息，通过“0”和“1”来表示，“1”就代表学生签到，“0”代表学生迟到，那么我们一个星期只要保存20条数据即可。

Redis也有这样的结构名叫位图，位图最小的单位是bit，每个bit是由0或1构成，我们的字符串就是由很多个bit数组组成的，所以我们在使用位图的时候是可以把一组bit转换成字符串，也可以由字符串转换成bit数组。

位图基本用法

如下，“h”的ACSLL码是0110 1000

> setbit name 1 1    #设置位图的位置(integer) 0> setbit name 2 1(integer) 0> setbit name 4 1(integer) 0> get name          #获取这个位图转换成字符串的值"h"> getbit name 1 #获取位图的某个位置是否有值(integer) 1> getbit name 3(integer) 0

字符串转位图

> set kh h       #存字符串OK> getbit kh 1 #第二个位置的bit是1(integer) 1> getbit kh 3 #第四个位置的bit是0(integer) 0

注意：如果对应位的字节是不可打印字符，redis会显示该字符的十六进制形式。

> setbit x O 1(integer) 0> setbit x 1 1(integer) 0> get x"＼xc0"

统计和查找

Redis位图提供bitcount和bitpos指令，bitcount用来统计一定范围内1的个数，bitpos用来查找指定范围内出现的第一个0或者1。

这里我们需要注意的是参数start_index和end_index是字节索引，简单的来说就是他们只能是8的倍数而不是指定值。

咱们对照下图来看

> set name helloOK127.0.0.1:6379> bitcount name    #计数所有的1的个数(integer) 21127.0.0.1:6379> bitcount name 0 1    #获取前两个字符出现1的个数(integer) 7127.0.0.1:6379> bitcount name 0 0    #获取第一个字符出现1的个数(integer) 3127.0.0.1:6379> bitpos name 1    #获取第一个1出现的位置(integer) 1127.0.0.1:6379> bitpos name 0    #获取第一个0出现的位置(integer) 0127.0.0.1:6379> bitpos name 1 1 1    #获取第二个字符1出现的位置(integer) 9

关于位图批量操作

我们通过setbit和getbit指令来操作位图都是一次操作一个位，那么有时候我们需要一次性操作多个位，如何操作呢？

在Redis3.2版本之前我们可以使用管道来一次性操作多个指令，redis给我们提供了bitfield指令，该指令有三个子指令分别是get、set、incrby它们都可以对指定位片段进行读写，但是最多只能处理64个连续的位，如果超过64位，就得使用多个子指令，bitfield 可以一次执行多个子指令。

Get

下面我们来看例子，还是使用上面的name=hello

字母	数值	二进制
h	104	0110 1000
e	101	0110 0101
l	108	0110 1100
l	108	0110 1100
o	111	0110 1111

> bitfield name get u4 0    #第一个位开始取4个位(0110)，结果为无符号数(u)(integer) 6> bitfield name get u3 2    #第三个位开始取3个位(101)，结果为无符号数(u)(integer) 5> bitfield name get i4 0    #第一个位开始取4个位(0110)，结果为有符号数(i)(integer) 6> bitfield name get i3 2    #第三个位开始取3个位(101)，结果为有符号数(i)(integer) -3

下面我们才试试批处理

> bitfield name get u4 0 get u3 2 get i4 0 get i3 2(integer) 6(integer) 5(integer) 6(integer) -3

有符号数是指获取的位数组中第一个位是符号位，剩下的才是值。如果第一位是1，那就是负数。无符号数表示非负数，没有符号位，获取的位数组全部都是值。有符号数最多可以获取 64 位，无符号数只能获取 63 位（因为 Redis 协议中的integer是有符号数，最大 64 位，不能传递 64 位无符号值）。

Set

下面我们来使用set，把hello的e变成a，a的ASCLL码是97

>bitfield name set u8 8 97    #从第八位开始，接下来的8位用无符号的ASCLL码97代替(integer)101 >get name"hallo"

Incrby

这个指令用来自增，如果自增到最大值的时候会溢出，如果是无符号那么就变成0，如果是有符号的就会变成负数，向下自增反之。

bitfield指令提供溢出策略的指令overflow，用户可以指定类型，默认为：wrap，溢出及折返，还可以选择失败：fail，失败不执行，截断：sat，溢出就停留。

> bitfield name incrby u4 2 1    #从第三个位开始，对接下来的4位元符号数＋ 1(integer) 11> bitfield name incrby u4 2 1(integer) 12> bitfield name incrby u4 2 1(integer) 13> bitfield name incrby u4 2 1(integer) 14> bitfield name incrby u4 2 1(integer) 15####sat> bitfield name overflow sat incrby u4 2 1    #保持最大值(integer) 15####fail> bitfield name overflow fail incrby u4 2 1    #不执行(nil)####wrap> bitfield name incrby u4 2 1  #溢出折返(integer) 0

一名正在抢救的coder

笔名：mangolove