【Redis】位图以及位图的使用场景(统计在线人数和用户在线状态)
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2024-10-23 09:13:16
1字节=1B=2^3^ b=8位 1KB=2^10^ B 1MB=2^10^KB 512MB=2^9^ X 2^10^KB X 2^10^B X 2^3^b = 2^32^b ;
我们上面知道了位图其实是一个字符串；那么其实我们也可以用get set来进行操作的；位图操作的是二进制；
SETBIT key 索引 值0/1
SETBIT 是设置二进制索引上的某个值为0或者还是1；如果设置了高索引位，则其余位置自动填充为0；
刚刚设置的 key 为 f 在 第1、2、7 号为设置了1 其余的都是0；二进制表现形式是0110 0001 当然我们知道位图是用字符串来存的；可以用get命令来看看 输出来的是a；因为对于的ASCII码就是 a
注意：一般我们看二进制的时候可能习惯的是从右边往左边看，但是索引的话还是从左边往右边数的；最左边的是以0号索引开始；
GETBIT key 索引
这里索引是位数索引
通过SET 一次设置单个位图的所有位
例如我们上面设置的位图 f；我们设置的时候只需了3次命令；如果我们知道这个值是多少 可以通过SET来直接设置；比如
BITFIELD 设置多个位
bitfield 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
BITFIELD key [GET type offset] [SET type offset value] [INCRBY type offset increment] [OVERFLOW WRAP|SAT|FAIL]
BITCOUNT
计算字符串中的设置位数（填充计数) 报告设置为1的位数。
时间复杂度O（N） BITCOUNT key [start end]#start和end参数指的是字节的索引 不是位的索引
例如设置一个字符串abcde
BITPOS 查找指定值为0或1的第一位。
BITPOS key bit [start] [end]#start和end参数指的是字节的索引 不是位的索引
还是value=abcde的值 他们的二进制分别为a=0110 0001 b=0110 0010 BITPOS mykey 1 0 0 表示找第一个字符a的第一个位是1的索引；那么a的第一个为是1的所以是1
BITPOS mykey 1 1 1 表示找第二个字符b的第一个位是1的索引；a=0110 0001 b=0110 0010 我们自己数一下也就值得索引在9位
counter(counterh2)位图的使用场景记录用户一年的签到情况
假如有这么一个需求
想要实现上面的需求. 最笨最笨的方法是当用户签到了就在数据库中插入一条数据; 然后需要的时候再查询出来；那么上面的需求也能满足；但是这种方式就太浪费内存了；一个用户一年365天就有最多365条数据；那么假如有1亿个用户 这数据是很庞大的；当然我们还是有很多聪明的方式来解决这个问题；这里就不讨论了；我们直接讨论如何用redis中的位图来实现；
一年365天的签到情况；只有 签到了或者没签到两种情况；很适合用位图 0/1来做；一年只需要 365位就足够记录一个用户的签到情况了；365位，只需要46 个字节 (一个字节有8位) 就可以完全容纳下，这就大大节约了存储空间。
可以设置功能上线当天比如2020-1-1为索引 0; 后面签到的时候日期做一个差值就可以算出来位数了；
查询某个时间段的签到情况 redis中并没有批量查询的位图的命令；只有单个查询getbit ,所以只能一个个执行；为了减少网络开销；可以通过管道 或者写lua脚本来批量查询
统计 用户的签到总天数 BITCOUNT uidkey 0 0
BITCOUNT统计区间范围
BITCOUNT key [start end]#start和end参数指的是字节的索引 不是位的索引
像这种统计区间范围的还真不是很好统计； 因为start和end参数指的是字节的索引 不是位的索引 所以要做一些处理
如上图所示 如何统计上面位索引5-25中的数据呢？ 那么我们首先把最大和最小所以计算出来 他们分别在哪个字节索引中； 因为一个字节索引包含了8个位索引所以很好计算出来；5%8 取模运算 = 0; 25%8取模运算 = 3 位索引为5的在 字节索引为0的位图中 位索引为25的在字节索引为3的位图中 先去掉这首位字节 然后统计中间的位图BITCOUNT key 1 2 得到结果4
再单独计算首尾的位数 位索引5 占用后面的 5 6 7 三个位 用getbit一个个查询出来为1 位索引25只占用 24 25 两个位 用getbit一个个查询出来为2 三个一起加起来就行了 4+1+2 = 7;
实时统计在线人数和某个用户的在线状态
如果只是实时统计在线人数我们可能直接用 redis中的incr 就可以很方便的统计； 但是如果我们还需要记录每个用户是否在线呢？ 那么一般情况可能 每个用户id作为key 是否在线作为value存储； 那么这样也不是不可以 但是就是比较占用内存也没有什么必要
那么通过位图来做就很方便和节约空间了
每个用户占用一位； 就算用一亿个用户 那么占用的内存大概在 100000000/8b/1024B/1024MB 约等于 12MB ; 查询某个用户在线状态用getbit key 索引就行了 统计在线人数就更简单了 BITCOUNT
那么我们来检测一下占用的内存是不是这样的；我们开启实时检测内存使用状态
随时间监视RSS内存大小
然后设置一下某个某个key位图
设置完了之后 可以看到内存有变化
从7.72->7.73 ; 接下来我们把第一亿位的索引也设置为1(这样做的目的是让这个key直接占用1亿个位)
设置完成之后可以看到内存马上就要变化了
从7.73->20.92 跟我们计算的大概12MB左右;
BITCOUNT统计大数据量的性能问题
在上面的例子中, 一亿位的数据量使用BITCOUNT进行统计； BITCOUNT 复杂度是O(N) ; 像get操作是O(1); 如果数据特别大的话可能会有性能问题； 官网是这样子说的：
在内存在456字节大小的时候，BITCOUNT仍然与任何其他O（1） Redis命令（如GET或INCR ）一样快。
当位图很大时，有两种选择：
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