一般知道前面介紹的五種redis資料結構，就可以開心的玩耍了，但如果知道Bitmaps，Hyperloglogs，GEO，就更開心了。
這次我們來看下Bitmaps。

簡介

假設一個場景：記錄使用者的簽到天數。
方法一：將使用者的id和日期關聯起來，做個key，比如使用者007在2018/08/14這天的簽到情況，設定個key：sign_2018_08_14_007，並將值設定為1。如果使用者越來越多，數值則越來越大，到後面的統計耗時肯定越來越長，並且儲存量也越來越大。
方法二：用hash結構，uid做key，裡面存簽到的日期，但儲存量還是很大。
有沒有更優雅的方法呢？有，答案是bitmaps。
在看bitmaps的概念前，先做個小驗證：
1. 設定個key的值為h

127.0.0.1:6379> set w h
OK
127.0.0.1:6379> get w
"h"

h對應的ASCII為0110 1000，即：

2.通過getbit來驗證下

127.0.0.1:6379> getbit w 0 #用getbit獲取w第0位的值
(integer) 0
127.0.0.1:6379> getbit w 1 #用getbit獲取w第1位的值
(integer) 1
127.0.0.1:6379> getbit w 2 #用getbit獲取w第2位的值
(integer) 1
127.0.0.1:6379> getbit w 3
(integer
 
) 0
127.0.0.1:6379> getbit w 4
(integer) 1
127.0.0.1:6379> getbit w 5
(integer) 0
127.0.0.1:6379> getbit w 6
(integer) 0
127.0.0.1:6379> getbit w 7
(integer) 0

到這裡，對bitmaps也就有了個大概的感受了。

bitmaps不是特殊的資料結構，它的內容其實就是普通的字串，也就是 byte 陣列。我們可以使用普通的 get/set 直接獲取和設定整個點陣圖的內容，也可以使用點陣圖操作 getbit/setbit 等將 byte 陣列看成「位陣列」來處理。

用字串’world’來做個例子，首先看下world對應的ASCII值，可以用python直接獲取

>>> bin(ord('w'))
'0b1110111'
>>> bin(ord('o'))
'0b1101111'
>>> bin(ord('r'))
'0b1110010'
>>> bin(ord('l'))
'0b1101100'
>>> bin(ord('d'))
'0b1100100'

用setbit來設定個key，值為’w’

127.0.0.1:6379> get test 
(nil)
127.0.0.1:6379> setbit test 0 0
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit test 1 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit test 2 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit test 3 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit test 4 0
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit test 5 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit test 6 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit test 7 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> get test
"w"

把’world’對應的值從左到右放在一起

01110111 01101111 01110010 01101100 01100100

即

0111011101101111011100100110110001100100

redis驗證下

127.0.0.1:6379> set t world
OK
127.0.0.1:6379> getbit t 0
(integer) 0
127.0.0.1:6379> getbit t 2
(integer) 1
127.0.0.1:6379> getbit t 7
(integer) 1
127.0.0.1:6379> getbit t 14
(integer) 1

統計和查詢

Redis 提供了點陣圖統計指令 bitcount 和點陣圖查詢指令 bitpos，bitcount 用來統計指定位置範圍內 1 的個數，bitpos 用來查詢指定範圍內出現的第一個 0 或 1。
比如我們可以通過 bitcount 統計使用者一共簽到了多少天，通過 bitpos 指令查詢使用者從哪一天開始第一次簽到。

bitcount

格式

BITCOUNT key [start] [end]

統計下’world’有多少個1:

127.0.0.1:6379> bitcount t
(integer) 23

統計下’wo’有多少個1:

127.0.0.1:6379> bitcount t 0 1 #wo是前兩個字元，所以範圍是0-1
(integer) 12

統計下’orl’有多少個1:

127.0.0.1:6379> bitcount t 1 3
(integer) 14

注意點：
start 和 end 引數是位元組索引，也就是說指定的位範圍必須是 8 的倍數，而不能任意指定。

bitpos

顯示0首次出現的位置

127.0.0.1:6379> bitpos t 0
(integer) 0

顯示1首次出現的位置

127.0.0.1:6379> bitpos t 1
(integer) 1

bitfield

前文我們設定 (setbit) 和獲取 (getbit) 指定位的值都是單個位的，如果要一次操作多個位，就必須使用管道來處理。
Redis 的 3.2 版本以後新增了一個指令bitfield，通過這個指令可以一次進行多個位操作。
bitfield 有三個子指令，分別是 get/set/incrby，它們都可以對指定位片段進行讀寫，但是最多隻能處理 64 個連續的位，如果超過 64 位，就得使用多個子指令，bitfield 可以一次執行多個子指令。
回到我們剛才設定的’world’,它對應的二進位制碼如下：

0111011101101111011100100110110001100100

get

這次我們使用bitfield的get來獲取它的有符號數和無符號數

127.0.0.1:6379> get t
"world"
127.0.0.1:6379> bitfield t get i4 0 #i表示有符號位，4表示連續取4位，0表示開始位置
1) (integer) 7

我們算下，看值是不是7.

從0位開始，取4位，即0111。首位是0，所以直接將111轉為十進位制，得到值7，與結果一樣

我們再算個：

127.0.0.1:6379> bitfield t get i3 7
1) (integer) -3

看下是不是-3

從7位開始，取3位，即101。首位是1，是負數，後面01為補碼，先減1，再反轉，得到11，轉為十進位制，即3，得到值-3，與結果一直

再驗證個有符號位：

127.0.0.1:6379> bitfield t get u3 7
1) (integer) 5

同樣從7位開始，取3位，即101。由於是無符號位，所以直接求值，值為5，與結果一致

多個同時操作

127.0.0.1:6379> bitfield t get u3 7 get i3 7 get i4 1
1) (integer) 5
2) (integer) -3
3) (integer) -2

set

我們用bitfield的set指令在’world’後增加個’w’。
‘w’在ASCII中對應的值119，加在’world’後，屬於第六個字母，那麼在8位的二進位制中則是從40位開始，所以指令如下：

127.0.0.1:6379> bitfield t set u8 40 119 #設定無符號位，連續8位，從40位開始，值為119
1) (integer) 0
127.0.0.1:6379> get t
"worldw"

使用同樣的計算方式，再增加三個字母’ild’

127.0.0.1:6379> bitfield t set u8 48 105 set u8 56 108 set u8 64 100
1) (integer) 0
2) (integer) 0
3) (integer) 0
127.0.0.1:6379> get t
"worldwild"

我們得到了一個新的單詞’worldwild’

incrby

再看第三個子指令 incrby，它用來對指定範圍的位進行自增操作。既然提到自增，就有可能出現溢位。如果增加了正數，會出現上溢，如果增加的是負數，就會出現下溢位。Redis 預設的處理是折返。如果出現了溢位，就將溢位的符號位丟掉。如果是 8 位無符號數 255，加 1 後就會溢位，會全部變零。如果是 8 位有符號數 127，加 1 後就會溢位變成 -128。
做下實驗

127.0.0.1:6379> set a w
OK
127.0.0.1:6379> getbit a 0
(integer) 0
127.0.0.1:6379> getbit a 1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> getbit a 2
(integer) 1
127.0.0.1:6379> getbit a 3
(integer) 1

從0位開始，對連續的4位無符號數做自增

127.0.0.1:6379> bitfield a incrby u4 0 1
1) (integer) 8

看下結果

127.0.0.1:6379> get a
"\x87"
127.0.0.1:6379> getbit a 0
(integer) 1
127.0.0.1:6379> getbit a 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> getbit a 2
(integer) 0
127.0.0.1:6379> getbit a 3
(integer) 0

測試下溢位

127.0.0.1:6379> setbit a 0 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit a 1 1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> setbit a 2 1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> setbit a 3 1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> setbit a 4 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit a 5 1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> setbit a 6 1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> setbit a 7 1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get a
"\xff"

127.0.0.1:6379>  bitfield a incrby u8 0 1
1) (integer) 0
127.0.0.1:6379> get a
"\x00"
127.0.0.1:6379> getbit a 0
(integer) 0
127.0.0.1:6379> getbit a 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> getbit a 2
(integer) 0
127.0.0.1:6379>

overflow

bitfield 指令提供了溢位策略子指令 overflow，使用者可以選擇溢位行為，預設是折返 (wrap)，還可以選擇失敗 (fail) 報錯不執行，以及飽和截斷 (sat)，超過了範圍就停留在最大最小值。overflow 指令隻影響接下來的第一條指令，這條指令執行完後溢位策略會變成預設值折返 (wrap)。
折返 (wrap)

127.0.0.1:6379> setbit a 0 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit a 1 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit a 2 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit a 3 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit a 4 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit a 5 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit a 6 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit a 7 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379>  bitfield a overflow wrap incrby u8 0 1
1) (integer) 0
127.0.0.1:6379> get a
"\x00"

失敗 (fail)

127.0.0.1:6379> setbit a 0 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit a 1 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit a 2 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit a 3 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit a 4 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit a 5 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit a 6 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit a 7 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> get a
"\xff"
127.0.0.1:6379> bitfield a overflow fail incrby u8 0 1
1) (nil)

截斷 (sat)

127.0.0.1:6379> bitfield a overflow sat incrby u8 0 1
1) (integer) 255
127.0.0.1:6379> get a
"\xff"