5.Redis系列Redis的高级应用-位图

Posted 2021-03-05 lonelyxmas

原文:5.【Redis系列】Redis的高级应用-位图

假设一个应用场景：我们需要记录用户一年的签到记录，签到了是1，没签是0，记录365天，当用户上亿后，存储空间是惊人的。
为了解决这个问题，redis提供了位图的数据结构。这样每天的签到记录只占据一个位，365天就是365个位，46个字节完全可以容纳下。

位图不是特殊的数据结构，它的内容就是普通的字符串，也就是byte数组，我们可以用set/get方法来设置和获取位图的内容，也可以使用位图操作getbit和setbit将byte数组看成位数组来处理。

基本使用

Redis 的位数组是自动扩展，如果设置了某个偏移位置超出了现有的内容范围，就会自动将位数组进行零扩充。

接下来我们使用位操作将字符串设置为 hello (不是直接使用 set 指令)，首先我们需要得到 hello 的 ASCII 码，用 Python 命令行可以很方便地得到每个字符的 ASCII 码的二进制值。

>>> bin(ord(‘h‘))
‘0b1101000‘   # 高位 -> 低位
>>> bin(ord(‘e‘))
‘0b1100101‘
>>> bin(ord(‘l‘))
‘0b1101100‘
>>> bin(ord(‘l‘))
‘0b1101100‘
>>> bin(ord(‘o‘))
‘0b1101111‘

image.png

接下来我们使用 redis-cli 设置第一个字符，也就是位数组的前 8 位，我们只需要设置值为 1 的位，如上图所示，h 字符只有 1/2/4 位需要设置，e 字符只有 9/10/13/15 位需要设置。值得注意的是位数组的顺序和字符的位顺序是相反的。

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"

上面这个例子可以理解为「零存整取」，同样我们还也可以「零存零取」，「整存零取」。「零存」就是使用 setbit 对位值进行逐个设置，「整存」就是使用字符串一次性填充所有位数组，覆盖掉旧值。

零存零取

127.0.0.1:6379> setbit w 1 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit w 2 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit w 4 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> getbit w 1  # 获取某个具体位置的值 0/1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> getbit w 2
(integer) 1
127.0.0.1:6379> getbit w 4
(integer) 1
127.0.0.1:6379> getbit w 5
(integer) 0

零存零取

127.0.0.1:6379> set w h  # 整存
(integer) 0
127.0.0.1:6379> getbit w 1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> getbit w 2
(integer) 1
127.0.0.1:6379> getbit w 4
(integer) 1
127.0.0.1:6379> getbit w 5
(integer) 0

如果对应位的字节是不可打印字符，redis-cli 会显示该字符的 16 进制形式。

127.0.0.1:6379> setbit x 0 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit x 1 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> get x
"xc0"