技術標籤：redis

概念

• Redis提供的Bitmaps這個“資料結構”可以實現對位的操作。Bitmaps本身不是一種資料結構，實際上就是字串，但是它可以對字串的位進行操作。

• 可以把Bitmaps想象成一個以位為單位的陣列，陣列中的每個單元只能存0或者1，陣列的下標在bitmaps中叫做偏移量。

• 單個bitmaps的最大長度是512MB，即2^32個位元位。

例如字串A 一個位元組，對應的ASCII碼是65，對應的二進位制就是01000001，Bitmaps就是對A的二進位制位進行操作。

命令

SETBIT

SETBIT key offset value
summary: Sets or clears the bit at offset in
 
 the string value stored at key

設定鍵的第offset個位的值，value只有0和1兩個值

字串A在位陣列的 1和7兩個位置是1（從0算起）

127.0.0.1:6379[1]> setbit k1 1 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379[1]> setbit k1 7 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379[1]> get k1
"A"
127.0.0.1:6379[1]> strlen k1
(integer) 1

對 位1和7設定成1，可以得到字串A，這時k1只有8位，1個位元組，所以長度為1，接下來再對k1進行如下設定

127.0.0.1:6379[1]> setbit k1 9 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379[1]> setbit k1 14 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379[1]> get k1
"AB"
127.0.0.1:6379[1]> strlen k1
(integer) 2

這時k1的值是如下圖，佔2個位元組

GETBIT

GETBIT key offset
summary: Returns the bit value at offset in the string value stored at key

獲取鍵的第offset位的值

127.0.0.1:6379[1]> getbit k1 1
(integer) 1
127.0.0.1:6379[1]> getbit k1 2
(integer) 0

BITCOUNT

BITCOUNT key [start end]
summary: Count set bits in a string

獲取指定範圍值為1的個數，其中start和end代表起始和結束位元組數

127.0.0.1:6379[1]> bitcount k1 0 0
(integer) 2
127.0.0.1:6379[1]> bitcount k1 1 1
(integer) 2
127.0.0.1:6379[1]> bitcount k1 0 1
(integer) 4

BITPOS

BITPOS key bit [start] [end]
summary: Find first bit set or clear in a string

計算Bitmaps中的第一值為0或者1的偏移量，start和end分別代表起始位元組和結束位元組

127.0.0.1:6379[1]> bitpos k1 1 0 0
(integer) 1
127.0.0.1:6379[1]> bitpos k1 1 1 1
(integer) 9
127.0.0.1:6379[1]> bitpos k1 0 1 1
(integer) 8

對比上圖k1值的位陣列進行驗證

BITOP

BITOP operation destkey key [key ...]
summary: Perform bitwise operations between strings

bitop是一個複合操作，可以做多個Bitmaps的and、or、not、xor操作。

operation 可以是 AND 、 OR 、 NOT 、 XOR 這四種操作中的任意一種：

• BITOP AND destkey key [key ...] ，對一個或多個 key 求邏輯並，並將結果儲存到 destkey 。
• BITOP OR destkey key [key ...] ，對一個或多個 key 求邏輯或，並將結果儲存到 destkey 。
• BITOP XOR destkey key [key ...] ，對一個或多個 key 求邏輯異或，並將結果儲存到 destkey 。
• BITOP NOT destkey key ，對給定 key 求邏輯非，並將結果儲存到 destkey

設定k2 01000001

127.0.0.1:6379[1]> setbit k2 1 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379[1]> setbit k2 7 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379[1]> get k2
"A"

設定k3 01000010

127.0.0.1:6379[1]> setbit k3 1 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379[1]> setbit k3 6 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379[1]> get k3
"B"

AND

127.0.0.1:6379[1]> bitop and anddest k2 k3
(integer) 1
127.0.0.1:6379[1]> get anddest
"@"

k2 01000001 和 k3 01000010做與運算（有0為0,全1為1） 結果 01000000 對應的ASCII碼是@

OR

127.0.0.1:6379[1]> bitop or ordest k2 k3
(integer) 1
127.0.0.1:6379[1]> get ordest
"C"

k2 01000001 和 k3 01000010做或運算（有1為1全0為0） 結果 01000011 對應的ASCII碼是C

XOR

127.0.0.1:6379[1]> bitop xor xordest k2 k3
(integer) 1
127.0.0.1:6379[1]> get xordest
"\x03"

k2 01000001 和 k3 01000010做異或運算（相同為0，不同為1） 結果 00000011 對應的十六進位制\x03 十進位制下3

NOT

127.0.0.1:6379[1]> bitop not notdest k2 
(integer) 1
127.0.0.1:6379[1]> get notdest
"\xbe"

對k2 01000001 做非運算（非0則1，非1則0） 結果是 10111110 對應的十六進位制\xbe

BITFIELD

BITFIELD key [GET type offset] [SET type offset value] [INCRBY type offset increment] [OVERFLOW WRAP|SAT|FAIL]
summary: Perform arbitrary bitfield integer operations on strings

redis3.2後新增了一個bitfield命令，可以一次對多個位進行操作.這個指令有三個子指令,get,set,incrby,都可以對指定位片段進行讀寫，但最大支援 64 位長的有符號整數以及 63 位長的無符號整數， 其中無符號整數的 63 位長度限制是由於 Redis 協議目前還無法返回 64 位長的無符號整數而導致的。。

BITFIELD 命令支援的子命令：

• GET <type> <offset> —— 返回指定的二進位制位範圍。
• SET <type> <offset> <value> —— 對指定的二進位制位範圍進行設定，並返回它的舊值。
• INCRBY <type> <offset> <increment> —— 對指定的二進位制位範圍執行加法操作，並返回它的舊值。使用者可以通過向 increment 引數傳入負值來實現相應的減法操作。

除了以上三個子命令之外， 還有一個子命令， 它可以改變之後執行的 INCRBY 子命令在發生溢位情況時的行為：

• OVERFLOW [WRAP|SAT|FAIL]

當被設定的二進位制位範圍值為整數時， 使用者可以在型別引數的前面新增 i 來表示有符號整數， 或者使用 u 來表示無符號整數。 比如說， 我們可以使用 u8 來表示 8 位長的無符號整數， 也可以使用 i16 來表示 16 位長的有符號整數。

127.0.0.1:6379[1]> set k4 A 
OK
#A對應的二進位制 01000001

#從第1個位開始讀取4個位 0100 結果為無符號數(u)
127.0.0.1:6379[1]> bitfield k4 get u4 0
1) (integer) 4
#從第2個位開始讀取2個位 10 結果為無符號數(u)
127.0.0.1:6379[1]> bitfield k4 get u2 1
1) (integer) 2

#從第0個位開始讀取3個位 010 結果為有符號數(i)
127.0.0.1:6379[1]> bitfield k4 get i3 0
1) (integer) 2
#從第1個位開始讀取5個位 10000 結果為有符號數(i) 首位是1代表負數，對10000減1 -> 01111 取反 -> 10000 十進位制下是16，由於符號位是1，所以結果是-16
127.0.0.1:6379[1]> bitfield k4 get i5 1
1) (integer) -16

二進位制位和位置偏移量

在二進位制位範圍命令中， 使用者有兩種方法來設定偏移量：

• 如果使用者給定的是一個沒有任何字首的數字， 那麼這個數字指示的就是字串以零為開始（zero-base）的偏移量。
• 另一方面， 如果使用者給定的是一個帶有 # 字首的偏移量， 那麼命令將使用這個偏移量與被設定的數字型別的位長度相乘， 從而計算出真正的偏移量。

127.0.0.1:6379[1]> BITFIELD k5 SET i8 #0 100
1) (integer) 0
127.0.0.1:6379[1]> BITFIELD k5 SET i8 #1 200
1) (integer) 0
# 01100100 11001000

命令會把 k5 鍵裡面， 第一個 i8 長度的二進位制位的值設定為 100 ， 並把第二個 i8 長度的二進位制位的值設定為 200 。 當我們把一個字串鍵當成陣列來使用， 並且陣列中儲存的都是同等長度的整數時， 使用 # 字首可以讓我們免去手動計算被設定二進位制位所在位置的麻煩。

應用

統計使用者登入天數

構建長度為天數365的位陣列，哪天登入過，設定value為1，這樣每個使用者最多佔用46個位元組

127.0.0.1:6379[1]> setbit jack 1 1 #第2天登入過
(integer) 0
127.0.0.1:6379[1]> setbit jack 8 1 #第9天登入過
(integer) 0
127.0.0.1:6379[1]> setbit jack 364 1 #第365天登入過
(integer) 0
127.0.0.1:6379[1]> strlen jack
(integer) 46
127.0.0.1:6379[1]> bitcount jack  #登入的天數
(integer) 3

統計每天的活躍使用者數量

位陣列，每一位代表使用者的ID

127.0.0.1:6379[1]> setbit 2020-11-11 1 1 	#使用者ID為1使用者活躍
(integer) 0
127.0.0.1:6379[1]> setbit 2020-11-11 30 1   #使用者ID為30使用者活躍
(integer) 0
127.0.0.1:6379[1]> setbit 2020-11-11 184 1  #使用者ID為184使用者活躍
(integer) 0
127.0.0.1:6379[1]> bitcount 2020-11-11		#統計2020-11-11的活躍量
(integer) 3

像簽到、點贊、評論數都可以用Bitmaps來實現