Redis使用Bitmap的方法实现（redis存储hash实例）满满干货

Bitmap(也称为位数组或者位向量等)是一种实现对位的操作的’数据结构’，在数据结构加引号主要因为：

Bitmap 本身不是一种数据结构，底层实际上是字符串，可以借助字符串进行位操作。Bitmap 单独提供了一套命令，所以与使用字符串的方法不太相同。可以把 Bitmaps 想象成一个以位为单位的数组，数组的每个单元只能存储 0 和 1，数组的下标在 Bitmap 中叫做偏移量 offset。

如上我们知道 Bitmap 本身不是一种数据结构，底层实际上使用字符串来存储。由于 Redis 中字符串的最大长度是 512 MB字节，所以 BitMap 的偏移量 offset 值也是有上限的，其最大值是：8 * 1024 * 1024 * 512=2^32。由于 C 语言中字符串的末尾都要存储一位分隔符，所以实际上 BitMap 的偏移量 offset 值上限是：2^32-1。Bitmap 实际占用存储空间取决于 BitMap 偏移量 offset 的最大值，占用字节数可以用 (max_offset / 8) + 1 公式来计算或者直接借助底层字符串函数 strlen 来计算：

需要注意的是，在第一次初始化 Bitmap 时，假如偏移量 offset 非常大，由于需要分配所需要的内存，整个初始化过程执行会比较慢，可能会造成 Redis 的阻塞。在 2010 款 MacBook Pro 上，设置第 2^32-1 位，由于需要分配 512MB 内存，所以大约需要 300 毫秒；设置第 2^30-1 位（128 MB）大约需要 80 毫秒；设置第 2^28 -1 位（32MB）需要约 30 毫秒；设置第 2^26 -1（8MB）需要约 8 毫秒。一旦完成第一次分配，随后对同一 key 再设置将不会产生分配开销。

下面示例中我们将登录 App 的用户存放在 Bitmap 中，登录的用户记做 1，没有登录的用户记做 0，用偏移量作为用户的id。

最早可用版本：2.2.0。时间复杂度：O(1)。

语法格式：

SETBIT 用来设置 key 对应第 offset 位的值（offset 从 0 开始算），可以设置为 0 或者 1。当指定的 KEY 不存在时，会自动生成一个新的字符串值。字符串会进行扩展以确保可以将 value 保存在指定的偏移量 offset 上。当字符串值进行扩展时，空白位置用 0 来填充。需要注意的是 offset 需要大于或等于 0，小于 2 的 32 次方。

假设现在有 10 个用户，用户id为 0、1、5、9 的 4 个用户在 20220514 进行了登录，那么当前 Bitmap 初始化结果如下图所示：

具体操作过程如下，login:20220514 代表 20220514 这天所有登录用户的 Bitmap：

假设用户 uid 为 15 的用户也登录了 App，那么 Bitmap 的结构变成了如下图所示，第 10 位到第 14 位都用 0 填充，第 15 位被置为 1：

很多应用的用户id以一个指定数字（例如 150000000000）开头，直接将用户id和 Bitmap 的偏移量对应势必会造成一定的浪费，通常的做法是每次做 setbit 操作时将用户id减去这个指定数字。在第一次初始化 Bitmap 时，假如偏移量非常大，那么整个初始化过程执行会比较慢，可能会造成 Redis 的阻塞。

最早可用版本：2.2.0。时间复杂度：O(1)。

语法格式：

获取 key 对应第 offset 位的值（offset 从 0 开始算）。当 offset 超过字符串长度时，字符串假定为一个 0 位的连续空间。当指定的 key 不存在时，假定为一个空字符串，offset 肯定是超出字符串长度范围，因此该值也被假定为 0 位的连续空间，都会返回 0。

下面获取用户id为 4 的用户是否在 20220514 这天登录过，返回 0 说明没有访问过：

下面获取用户id为 5 的用户是否在 20220514 这天登录过，返回 1 说明访问过：

下面获取用户id为 20 的用户是否在 20220514 这天登录过，因为 offset 20 根本就不存在，所以返回结果也是 0：

最早可用版本：2.6.0。时间复杂度：O(N)。

语法格式：

用来计算指定 key 对应字符串中，被设置为 1 的 bit 位的数量。一般情况下，字符串中所有 bit 位都会参与计数，我们可以通过 start 或 end 参数来指定一定范围内被设置为 1 的 bit 位的数量。start 和 end 参数的设置和 GETRANGE 命令类似，都可以使用负数：比如 -1 表示最后一个位，而 -2 表示倒数第二个位等。

从 Redis 7.0.0 开始支持 BYTE 或者 BIT 选项

下面计算 20220514 这天所有登录用户数量：

最早可用版本：2.6.0。时间复杂度：O(N)。

语法格式：

BITOP 是一个复合操作，支持在多个 key 之间执行按位运算并将结果存储在 destkey 指定的 key 中。BITOP 命令支持四种按位运算：AND(交集)、OR(并集)、XOR(异或) 和 NOT(非)：

如上所见，NOT 很特殊，因为它只需要一个输入 key，因为它执行位反转，因此它仅作为一元运算符才有意义。

假设 20220513 登录 App 的用户id为 1、3、5、7，如下图所示：

如果想算出 20220513 和 20220514 两天都登录过的用户数量，如下图所示：

可以使用 AND 求交集，具体命令如下：

如果想算出 20220513 和 20220514 任意一天登录过 App 的用户数量：

可以使用 OR 求并集，具体命令如下：

最早可用版本：2.8.7。时间复杂度：O(N)。

语法格式：

用来计算指定 key 对应字符串中，第一位为 1 或者 0 的 offset 位置。除此之外，BITPOS 也有两个选项 start 和 end，跟 BITCOUNT 一样。

BYTE、BIT 这两个选项从 7.0.0 版本开始才能使用。

下面计算 20220514 登录 App 的最小用户id：

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