基于Redis的BitMap实现签到、连续签到统计(含源码)

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一、简介

基于Redis的BitMap相关命令，实现用户签到、连续签到统计等功能。

1.1、背景

分析：使用用一张表来存储用户签到信息，假如用户数量庞大，平均每人每年签到次数为 10 次，则这张表一年的数据量为 1 亿条，每签到一次需要使用（8 + 8 + 1 + 1 + 3 + 1）共 22 字节的内存，一个月则最多需要 600 多字节。

1.2、BitMap

bitmap 不是一个独立的数据类型，而是一种特殊的 string 类型，它可以将一个 string 类型的值看作是一个由二进制位组成的数组，并提供了一系列操作二进制位的命令。一个 bitmap 类型的键最多可以存储 2^32 - 1 个二进制位。

bitmap 类型的底层实现是 SDS（simple dynamic string），它和 string 类型相同，只是在操作时会将每个字节拆分成 8 个二进制位。

常见用法：

Redis中的Bitmap是一种数据结构，用于存储和操作位数组（bit array）。它可以有效地表示指定范围内的位状态，每个位的值可以是0或1。使用Bitmap可以进行高效的位级别操作，例如对某个位进行设置、获取、翻转等操作，以及位的逻辑运算，如AND、OR、XOR等。

在Redis中，Bitmap的应用场景：

1、统计在线用户(签到)：可以使用一个Bitmap，每个位代表一个用户ID，如果某个用户在线，则将对应位设置为1，否则设置为0。可以通过位操作来统计在线用户的数量。

2、频率统计：可以使用一个Bitmap，每个位代表一个事件，如果事件发生，则将对应位设置为1。可以通过位操作来统计某段时间内事件发生的频率。

3、实现布隆过滤器，利用 setbit 和 getbit 命令实现快速判断一个元素是否存在于一个集合中。

4、实现位图索引，利用 bitop 和 bitpos 命令实现对多个条件进行位运算和定位。

5、统计用户活跃度，利用 setbit 和 bitcount 命令实现每天或每月用户登录次数的统计

常用的命令：

需要注意的是，由于Bitmap是以字节为单位存储的，因此对于较大的位图，可能会占用较多的内存。在使用Bitmap时，需要根据实际情况评估内存消耗。

1.3、BITFIELD使用说明

Redis中的BITFIELD命令是用于对位域（bit field）进行操作的，位域是由多个位组成的数据结构。它允许你对位域进行读取、设置和计算等操作。下面是BITFIELD命令的用法示例：

bitfield bitfield_test get u4 0    #从第一个位开始取4个位(0110)，结果为无符号数(u)结果：6bitfield bitfield_testget u3 2    #从第三个位开始取3个位(101)，结果为无符号数(u)结果：5bitfield bitfield_testget get i4 0   #从第一个位开始取4个位(0110)，结果为有符号数(i)结果：6因为结果为有符号数所以，第一位符号位为0代表是正数。110为6，结果直接为6bitfield bitfield_testget get i3 2   #从第三个位开始取3个位(101)，结果为有符号数(i)结果：-3取到的结果首位为1代表是负数，01需要取补码运算。01取反为10,10+1为11。11十进制为3，因为符号位为1所以最终结果为-3

命令操作案例：

redis6.3:0>setbit qd_key 0 1"0"redis6.3:0>setbit qd_key 1 1"0"redis6.3:0>setbit qd_key 2 1"0"redis6.3:0>getbit qd_key 10"1"redis6.3:0>bitcount qd_key"6"redis6.3:0>bitfield qd_key get u2 01) "3"

二、签到功能实现

2.1、需求分析

2.2、代码实现

  public Result sign() {        // 1.获取当前登录用户//        Long userId = UserHolder.getUser().getId();        Long userId =999L;        // 2.获取日期 使用hutool的日期时间工具-DateUtil        Date date = DateUtil.date();        // 3.拼接key        String keySuffix = DateUtil.format(date, ":yyyyMM");        String key = USER_SIGN_KEY + userId + keySuffix;        // 4.获取今天是本月的第几天        int dayOfMonth =  DateUtil.dayOfMonth(date);        // 5.写入Redis SETBIT key offset 1        stringRedisTemplate.opsForValue().setBit(key, dayOfMonth - 1, true);        return Result.ok();    }

结果展示：

三、连续签到统计功能实现

3.1、需求分析

问题1：什么叫做连续签到天数？

从最后一次(当前时间)签到开始向前统计，直到遇到第一次未签到为止，计算总的签到次数，就是连续签到天数。

问题2：如何得到本月到今天为止的所有签到数据？

  BITFIELD key GET u[dayOfMonth]0

问题3：如何从后向前遍历每个bit位？

与1做与运算，就能得到最后一个bt位。随后右移一位，下一个Bit位就成了最后一个Bit位。

3.2、代码实现

public Result signCount() {//        Long userId = UserHolder.getUser().getId();Long userId =999L;  //暂时写死// 2.获取日期 使用hutool的日期时间工具-DateUtilDate date = DateUtil.date();// 3.拼接keyString keySuffix = DateUtil.format(date, ":yyyyMM");String key = USER_SIGN_KEY + userId + keySuffix;// 4.获取今天是本月的第几天int dayOfMonth =  DateUtil.dayOfMonth(date);// 5.获取本月截止今天为止的所有的签到记录，返回的是一个十进制的数字 BITFIELD sign:999:202308 GET u18 0List<Long> result = stringRedisTemplate.opsForValue().bitField(key,BitFieldSubCommands.create().get(BitFieldSubCommands.BitFieldType.unsigned(dayOfMonth)).valueAt(0));if (result == null || result.isEmpty()) {// 没有任何签到结果return Result.ok(0);}//num为0，直接返回0Long num = result.get(0);if (num == null || num == 0) {return Result.ok(0);}// 6.循环遍历int count = 0;while (true) {// 6.1.让这个数字与1做与运算，得到数字的最后一个bit位  // 判断这个bit位是否为0if ((num & 1) == 0) {// 如果为0，说明未签到，结束break;}else {// 如果不为0，说明已签到，计数器+1count++;}// 把数字右移一位，抛弃最后一个bit位，继续下一个bit位num >>>= 1;}return Result.ok(count);}