Redis位图bitMap
位图由一系列二进制位组成，每个位可以被设置为1或0，当我们在处理需要高效存储和操作大量二进制位数据的适合，位图是一个非常有用的工具。
位图操作命令有：
- SETBIT：设置位图中指定位置的位的值。可以将位设置为 0 或 1。
- GETBIT：获取位图中指定位置的位的值。
- BITCOUNT：计算位图中置为 1 的位的数量。
- BITOP：对多个位图执行逻辑运算（AND、OR、XOR、NOT）。
- BITFIELD：执行复杂的位字段操作，允许你在位图上进行位级别的读写操作。
其中，用的最多的是前三个操作，示例如下：
位图的应用十分广泛，包括但不限于以下几方面：
- 统计用户活跃度：可以使用位图追踪用户的登录活动，每个用户对应一个位图，每天的登录状态可以用一个二进制位表示，通过 BITOP 命令可以计算多个用户的交集，从而得到活跃用户的统计信息。
- 数据压缩：位图可以高效地存储大量的二进制数据，比如布隆过滤器（Bloom Filter）就是基于位图实现的一种数据结构，用于快速判断元素是否存在。
- 事件计数：可以使用位图记录每天不同时间段的事件发生情况，比如网站的访问量，每个时间段对应一个位图，每次事件发生时将对应的位设置为 1，通过 BITCOUNT 命令可以计算出每个时间段的事件数量。
- 权限管理：可以使用位图来管理用户的权限，每个用户对应一个位图，每个权限对应一个二进制位，通过 BITOP 命令可以进行权限的并集、交集等操作。
RedisTemplate操作位图
在之前的几篇文章中，我们总结了一个Redis工具类，但是那个工具类中，并没有和位图相关的操作，这里添加和位图操作相关的方法：
// value: true为1， false为0public boolean setBit(String key, int offset, boolean value) {return redisTemplate.opsForValue().setBit(key, offset, value);}public boolean getBit(String key, int offset) {return redisTemplate.opsForValue().getBit(key, offset);}/*** 统计对应值为1 的数量* @param key* @return*/public long bitCount(String key) {if (StringUtils.isEmpty(key)) {return 0L;}return redisTemplate.execute((RedisCallback<Long>) con -> con.bitCount(key.getBytes()));}/*** 统计在字节范围内，对应值为1的数量* @param key* @param start* @param end* @return*/public Long bitCount(String key, long start, long end) {return redisTemplate.execute((RedisCallback<Long>) con -> con.bitCount(key.getBytes(), start, end));}添加测试类，用于测试位图操作：
package org.example;import org.example.util.RedisUtils;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;@SpringBootTest
public class RedisBitMapTest {@Autowiredprivate RedisUtils redisUtils;@Testpublic void testBitMap() {redisUtils.setBit("bit", 0, true);redisUtils.setBit("bit", 1, true);redisUtils.setBit("bit", 3, true);redisUtils.setBit("bit", 7, true);System.out.println(redisUtils.bitCount("bit"));}
}执行结果如下：
我们通过Redis可视化工具，查看bit的值，可以看出其二进制值与我们操作的一致
位图应用之签到
在很多时候，我们遇到用户签到的场景，用户进入应用时，获取用户当天的签到情况，如果没有签到，用户可以签到，一般这种功能，可以通过set数据结构或bitMap来实现，但bitMap和set相比，其占用的空间更小，因此我们选择使用bitMap来实现签到的功能。
SignService：
package org.example.util;import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.connection.BitFieldSubCommands;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Service;import java.time.LocalDate;
import java.util.List;@Service
public class SignService {@Autowiredprivate RedisUtils redisUtils;@Autowiredprivate RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;/*** 签到* @param id*/public void sign(Integer id) {LocalDate now = LocalDate.now();String key = buildCacheKey(id, now);int dayOfMonth = now.getDayOfMonth();// 签到redisUtils.setBit(key, dayOfMonth, true);}/*** 判断是否签到*/public boolean isSign(Integer id) {LocalDate now = LocalDate.now();String key = buildCacheKey(id, now);int dayOfMonth = now.getDayOfMonth();return redisUtils.getBit(key, dayOfMonth);}/*** 获取当月的签到次数* @param id* @return*/public Long getSignCountOfThisMonth(Integer id) {LocalDate now = LocalDate.now();String key = buildCacheKey(id, now);int dayOfMonth = now.getDayOfMonth();List<Long> result = redisTemplate.opsForValue().bitField(key,BitFieldSubCommands.create().get(BitFieldSubCommands.BitFieldType.unsigned(dayOfMonth)).valueAt(1));if (result == null || result.isEmpty()) {return 0L;}Long num = result.get(0);if (num == null || num == 0) {return 0L;}String binaryStr = Long.toString(num, 2);long count = 0;for (int i = 0; i < binaryStr.length(); i++) {char ch = binaryStr.charAt(i);if (ch == '1') {count ++;}}return count;}/*** 获取本月连续签到次数* @param id* @return*/public Long getContinuousSignCountOfThisMonth(Integer id) {LocalDate now = LocalDate.now();String key = buildCacheKey(id, now);int dayOfMonth = now.getDayOfMonth();List<Long> result = redisTemplate.opsForValue().bitField(key,BitFieldSubCommands.create().get(BitFieldSubCommands.BitFieldType.unsigned(dayOfMonth)).valueAt(1));if (result == null || result.isEmpty()) {return 0L;}Long num = result.get(0);if (num == null || num == 0) {return 0L;}long count = 0;while (true) {if ((num & 1) == 0) {break;} else {count ++;}num >>>= 1;}return count;}private String buildCacheKey(Integer id, LocalDate localDate) {int year = localDate.getYear();int monthValue = localDate.getMonthValue();String key = "sign:" + year + ":" + monthValue + ":" + id;return key;}
}测试代码如下：
@Autowiredprivate SignService signService;@Testpublic void testSign() {// 签到signService.sign(1);// 判断是否签到System.out.println("是否签到：" + signService.isSign(1));// 获取当月的签到次数System.out.println("当月的签到次数：" + signService.getSignCountOfThisMonth(1));// 获取当月的连续签到次数System.out.println("当月连续签到次数：" + signService.getContinuousSignCountOfThisMonth(1));}运行结果如下：
