Redis位圖詳解

一、Redis位圖搜索

Redis位圖是一種使用Redis數據類型存儲二進制數據的方法。在Redis中，字符串類型內存分配是連續的，因此Redis位圖可以使用確切的內存大小來存儲固定大小的位圖，並能高效地進行搜索和運算操作。

使用Redis位圖進行搜索很容易，只需要使用SETBIT命令將需要置1的位設置為1，該位必須是二進制類型。然後使用GETBIT命令可以返回位圖的值，用於查詢該位是否被置1。如果位圖很大，直接使用SETBIT和GETBIT命令顯然不太實用。可以使用BITOP命令執行位圖的運算，例如BITOP OR將多個位圖OR運算，從而實現高性能的位圖搜索。

# 設置位圖在第10000個位置為1
SETBIT mybitmap 10000 1
# 獲取位圖第10000個位置的值
GETBIT mybitmap 10000
# 設置並返回新位圖
BITOP OR mybitmap1 mybitmap2

二、Redis位圖性能

Redis位圖的性能很高，因為其使用了字符串類型的內存分配方式，而不是使用散列表等數據結構。此外，與其他數據類型相比，由於Redis位圖存儲的是二進制數據，因此它所佔用的空間很小，操作的時間複雜度都是O(1)的。

在Redis位圖中執行多次位設置時，可以將多個SETBIT命令合併為一條調用，可以提高位圖的性能。同樣，可以對BITOP命令進行優化，將多個位圖的運算合併為一個BITOP命令，從而提高查詢性能。

三、Redis位圖原理

在Redis中，字符串類型被用作位圖的存儲介質。字符串類型由一個連續的內存塊組成，每個字節可以存儲8個位。因此，使用SETBIT和GETBIT命令在字符串類型中相應的位置存儲二進制值 0 或 1。

使用REDIS_BITOP命令時，Redis會將位圖連續存儲的位分組，再對每組位進行運算，最後將組合起來形成結果位圖。最大的優點是每個字節的位之間不會相互干擾，支持高效地並行計算。

四、Redis位圖有多少位

Redis位圖可以根據實際應用需求設置固定大小。Redis位圖最大大小是512MB，總共可以保存4294967296個二進制位。因為Redis字符串類型的底層結構是由字節數組組成，因此位圖的總大小必須是字節數組的整數倍，多餘的字節數不能被使用。

五、Redis位圖運算

Redis位圖支持多種位運算操作，例如AND，OR，NOT，XOR 等，操作方式如下：

# 設置位圖在第11個位置為1
SETBIT key1 11 1
# 設置位圖在第12個位置為1
SETBIT key2 12 1
# 對兩個鍵進行OR運算
BITOP OR result key1 key2

Redis位圖還支持更高級的操作，如按位求交集，按位求並集，按位求補集和按位排他或運算。

六、Redis位圖序列化

在Redis中，位圖被存儲在字符串類型的內存中，可以序列化為二進制格式進行存儲和傳輸。可以使用GET命令檢索原始字符串，然後使用Redis命令 DUMP 將字符串序列化為二進制格式。

# 序列化一個字符串類型的值
DUMP mykey

七、Redis位圖使用

Redis位圖可以用於許多應用程序，如記錄用戶的行為或者狀態。例如，可以使用Redis位圖來跟蹤用戶的標記，如點贊或打分功能，或者記錄用戶的登錄狀態。

其中最流行的場景是使用Redis位圖來記錄用戶的連續簽到次數。每當用戶簽到，可以使用SETBIT命令將當前日期的位設置為1，然後使用BITCOUNT命令計算出簽到總數，通過這種方式，可以輕鬆地記錄連續的簽到天數和總簽到天數。

# 用戶id為1，簽到日期為20220101
SETBIT signin:20220101 1 1
# 統計連續簽到的次數
BITCOUNT signin:20210101

八、Redis位圖連續簽到

連續簽到是Redis位圖最流行的使用場景之一，使用Redis位圖實現連續簽到的功能很簡單，只需要在每次簽到的時候，將當天的位置置為1即可，如下所示：

# 將用戶的簽到日期轉換為位圖鍵，例如20220101
BITMAP_KEY = "signin:"+date
# 簽到
result = redis.setbit(BITMAP_KEY, USER_ID, 1)

每次簽到之後，可以使用BITCOUNT命令，計算出簽到總數和連續簽到次數。例如：

# 統計用戶總共簽到次數
total_signed_in_days = redis.bitcount(BITMAP_KEY)
# 計算用戶連續簽到次數，max_consecutive_days為用戶想要計算的最大連續簽到天數
consecutive_days = redis.eval(bitmap_consecutive_days, 1, BITMAP_KEY, max_consecutive_days)

九、Redis位圖使用場景

Redis位圖可以廣泛應用於需要快速記錄和查詢二進制狀態數據的場景。無論是用戶狀態記錄，還是實時計算用戶活動狀態時間，都可以使用Redis位圖實現。此外，Redis位圖還可以用於處理用戶習慣，如網頁訪問記錄，網站登錄狀態，推薦系統等。因為Redis位圖操作簡單，易於理解，可用於任何需要處理固定位數的問題。

例如，可以使用Redis位圖實現用戶廣告屏蔽器。每當用戶選擇屏蔽廣告時，可以使用SETBIT命令將該廣告的ID置為1，查詢並展示不包含該廣告的內容。該方案實現簡單，而且響應速度快，能夠大大提高用戶體驗。