一篇帶給你Redis中Bitmap的妙用
在Redis中我們經常用到set,get等命令，細心的你有沒有發現，還有幾個相似的命令叫setbit,getbit，它們是用來干嘛的？
BitMap是什么
就是通過一個bit位來表示某個元素對應的值或者狀態,其中的key就是對應元素本身。我們知道8個bit可以組成一個Byte，所以bitmap本身會極大的節省儲存空間。
Redis中的BitMap
Redis從2.2.0版本開始新增了setbit,getbit,bitcount等幾個bitmap相關命令。雖然是新命令，但是并沒有新增新的數據類型，因為setbit等命令只不過是在set上的擴展。
setbit命令介紹
指令 SETBIT key offset value。
復雜度 O(1)。
設置或者清空key的value(字符串)在offset處的bit值(只能只0或者1)。
空間占用、以及第一次分配空間需要的時間
在一臺2010MacBook Pro上，offset為2^32-1（分配512MB）需要～300ms，offset為2^30-1(分配128MB)需要～80ms，offset為2^28-1（分配32MB）需要～30ms，offset為2^26-1（分配8MB）需要8ms。<來自官方文檔>。
大概的空間占用計算公式是：($offset/8/1024/1024)MB。
使用場景一：用戶簽到
很多網站都提供了簽到功能(這里不考慮數據落地事宜)，并且需要展示最近一個月的簽到情況，如果使用bitmap我們怎么做？一言不合亮代碼！
<?php
$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1');
//用戶uid
$uid = 1;
//記錄有uid的key
$cacheKey = sprintf("sign_%d", $uid);
//開始有簽到功能的日期
$startDate = '2017-01-01';
//今天的日期
$todayDate = '2017-01-21';
//計算offset
$startTime = strtotime($startDate);
$todayTime = strtotime($todayDate);
$offset = floor(($todayTime - $startTime) / 86400);
echo "今天是第{$offset}天" . PHP_EOL;
//簽到
//一年一個用戶會占用多少空間呢？大約365/8=45.625個字節，好小，有木有被驚呆？
$redis->setBit($cacheKey, $offset, 1);
//查詢簽到情況
$bitStatus = $redis->getBit($cacheKey, $offset);
echo 1 == $bitStatus ? '今天已經簽到啦' : '還沒有簽到呢';
echo PHP_EOL;
//計算總簽到次數
echo $redis->bitCount($cacheKey) . PHP_EOL;
/**
* 計算某段時間內的簽到次數
* 很不幸啊,bitCount雖然提供了start和end參數，但是這個說的是字符串的位置，而不是對應"位"的位置
* 幸運的是我們可以通過get命令將value取出來，自己解析。并且這個value不會太大，上面計算過一年一個用戶只需要45個字節
* 給我們的網站定一個小目標，運行30年，那么一共需要1.31KB(就問你屌不屌？)
*/
//這是個錯誤的計算方式
echo $redis->bitCount($cacheKey, 0, 20) . PHP_EOL;
使用場景二：統計活躍用戶
使用時間作為cacheKey，然后用戶ID為offset，如果當日活躍過就設置為1。
那么我該如果計算某幾天/月/年的活躍用戶呢(暫且約定，統計時間內只有有一天在線就稱為活躍)，有請下一個redis的命令。
命令 BITOP operation destkey key [key ...]。
說明：對一個或多個保存二進制位的字符串 key 進行位元操作，并將結果保存到 destkey 上。
說明：BITOP 命令支持 AND 、 OR 、 NOT 、 XOR 這四種操作中的任意一種參數。
//日期對應的活躍用戶
$data = array(
'2017-01-10' => array(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10),
'2017-01-11' => array(1,2,3,4,5,6,7,8),
'2017-01-12' => array(1,2,3,4,5,6),
'2017-01-13' => array(1,2,3,4),
'2017-01-14' => array(1,2)
);
//批量設置活躍狀態
foreach($data as $date=>$uids) {
$cacheKey = sprintf("stat_%s", $date);
foreach($uids as $uid) {
$redis->setBit($cacheKey, $uid, 1);
}
}
$redis->bitOp('AND', 'stat', 'stat_2017-01-10', 'stat_2017-01-11', 'stat_2017-01-12') . PHP_EOL;
//總活躍用戶：6
echo "總活躍用戶：" . $redis->bitCount('stat') . PHP_EOL;
$redis->bitOp('AND', 'stat1', 'stat_2017-01-10', 'stat_2017-01-11', 'stat_2017-01-14') . PHP_EOL;
//總活躍用戶：2
echo "總活躍用戶：" . $redis->bitCount('stat1') . PHP_EOL;
$redis->bitOp('AND', 'stat2', 'stat_2017-01-10', 'stat_2017-01-11') . PHP_EOL;
//總活躍用戶：8
echo "總活躍用戶：" . $redis->bitCount('stat2') . PHP_EOL;
假設當前站點有5000W用戶，那么一天的數據大約為50000000/8/1024/1024=6MB。
使用場景三：用戶在線狀態
前段時間開發一個項目，對方給我提供了一個查詢當前用戶是否在線的接口。不了解對方是怎么做的，自己考慮了一下，使用bitmap是一個節約空間效率又高的一種方法，只需要一個key，然后用戶ID為offset，如果在線就設置為1，不在線就設置為0，和上面的場景一樣，5000W用戶只需要6MB的空間。
//批量設置在線狀態
$uids = range(1, 500000);
foreach($uids as $uid) {
$redis->setBit('online', $uid, $uid % 2);
}
//一個一個獲取狀態
$uids = range(1, 500000);
$startTime = microtime(true);
foreach($uids as $uid) {
echo $redis->getBit('online', $uid) . PHP_EOL;
}
$endTime = microtime(true);
//在我的電腦上，獲取50W個用戶的狀態需要25秒
echo "total:" . ($endTime - $startTime) . "s";
/**
* 對于批量的獲取，上面是一種效率低的辦法，實際可以通過get獲取到value，然后自己計算
* 具體計算方法改天再寫吧，之前寫的代碼找不見了。。。
*/
其實BitMap可以運用的場景很多很多(當然也會受到一些限制)，思維可以繼續擴散。
