redis位图

　　在我们平时开发过程中，会有一些 bool 型数据需要存取，比如用户一年的签到记录，签了是 1，没签是 0，要记录 365 天。如果使用普通的 key/value，每个用户要记录 365个，当用户上亿的时候，需要的存储空间是惊人的。为了解决这个问题，Redis 提供了位图数据结构，这样每天的签到记录只占据一个位，365 天就是 365 个位，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。 　　位图不是特殊的数据结构，它的内容其实就是普通的字符串，也就是 byte 数组。我们可以使用普通的 get/set 直接获取和设置整个位图的内容，也可以使用位图操作 getbit/setbit等将 byte 数组看成「位数组」来处理。

基本使用

　　Redis 的位数组是自动扩展，如果设置了某个偏移位置超出了现有的内容范围，就会自动将位数组进行零扩充。 　　接下来我们使用位操作将字符串设置为 hello (不是直接使用 set 指令)，首先我们需要得到 hello 的 ASCII 码，用 Python 命令行可以很方便地得到每个字符的 ASCII 码的二进制值。 127.0.0.1:6379> setbit s 1 1 (integer) 0 127.0.0.1:6379> setbit s 2 1 (integer) 0 127.0.0.1:6379> setbit s 4 1 (integer) 0 127.0.0.1:6379> setbit s 9 1 (integer) 0 127.0.0.1:6379> setbit s 10 1 (integer) 0 127.0.0.1:6379> setbit s 13 1 (integer) 0 127.0.0.1:6379> setbit s 15 1 (integer) 0 127.0.0.1:6379> get s "he"   零存零取 127.0.0.1:6379> setbit w 1 1 (integer) 0 127.0.0.1:6379> setbit w 2 1 (integer) 0 127.0.0.1:6379> setbit w 4 1 (integer) 0 127.0.0.1:6379> getbit w 1 # 获取某个具体位置的值 0/1 (integer) 1 127.0.0.1:6379> getbit w 2 (integer) 1 127.0.0.1:6379> getbit w 4 (integer) 1 127.0.0.1:6379> getbit w 5 (integer) 0   整存零取 127.0.0.1:6379> set w h # 整存 (integer) 0 127.0.0.1:6379> getbit w 1 (integer) 1 127.0.0.1:6379> getbit w 2 (integer) 1 127.0.0.1:6379> getbit w 4 (integer) 1 127.0.0.1:6379> getbit w 5 (integer) 0

 

统计和查找 Redis 提供了位图统计指令 bitcount 和位图查找指令 bitpos，bitcount 用来统计指定位置范围内 1 的个数，bitpos 用来查找指定范围内出现的第一个 0 或 1。 127.0.0.1:6379> set w hello OK 127.0.0.1:6379> bitcount w (integer) 21 127.0.0.1:6379> bitcount w 0 0 # 第一个字符中 1 的位数 (integer) 3 127.0.0.1:6379> bitcount w 0 1 # 前两个字符中 1 的位数 (integer) 7 127.0.0.1:6379> bitpos w 0 # 第一个 0 位 (integer) 0 127.0.0.1:6379> bitpos w 1 # 第一个 1 位 (integer) 1 127.0.0.1:6379> bitpos w 1 1 1 # 从第二个字符算起，第一个 1 位 (integer) 9 127.0.0.1:6379> bitpos w 1 2 2 # 从第三个字符算起，第一个 1 位 (integer) 17   魔术指令 bitfield 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。 127.0.0.1:6379> set w hello OK 127.0.0.1:6379> bitfield w get u4 0 # 从第一个位开始取 4 个位，结果是无符号数 (u) (integer) 6 127.0.0.1:6379> bitfield w get u3 2 # 从第三个位开始取 3 个位，结果是无符号数 (u) (integer) 5 127.0.0.1:6379> bitfield w get i4 0 # 从第一个位开始取 4 个位，结果是有符号数 (i) 1) (integer) 6 127.0.0.1:6379> bitfield w get i3 2 # 从第三个位开始取 3 个位，结果是有符号数 (i) 1) (integer) -3 所谓有符号数是指获取的位数组中第一个位是符号位，剩下的才是值。如果第一位是1，那就是负数。无符号数表示非负数，没有符号位，获取的位数组全部都是值。有符号数最多可以获取 64 位，无符号数只能获取 63 位 (因为 Redis 协议中的 integer 是有符号数，最大 64 位，不能传递 64 位无符号值)。如果超出位数限制，Redis 就会告诉你参数错误。

接下来我们一次执行多个子指令:
127.0.0.1:6379> bitfield w get u4 0 get u3 2 get i4 0 get i3 2
1) (integer) 6
2) (integer) 5
3) (integer) 6
4) (integer) -3
wow，很魔法有没有！
然后我们使用 set 子指令将第二个字符 e 改成 a，a 的 ASCII 码是 97。
127.0.0.1:6379> bitfield w set u8 8 97 # 从第 8 个位开始，将接下来的 8 个位用无符号数 97 替换
1) (integer) 101
127.0.0.1:6379> get w
"hallo"

 

指令 incrby，它用来对指定范围的位进行自增操作。

127.0.0.1:6379> set w hello
OK
127.0.0.1:6379> bitfield w incrby u4 2 1 # 从第三个位开始，对接下来的 4 位无符号数 +1
1) (integer) 11
127.0.0.1:6379> bitfield w incrby u4 2 1
1) (integer) 12
127.0.0.1:6379> bitfield w incrby u4 2 1
1) (integer) 13
127.0.0.1:6379> bitfield w incrby u4 2 1
1) (integer) 14
127.0.0.1:6379> bitfield w incrby u4 2 1
1) (integer) 15
127.0.0.1:6379> bitfield w incrby u4 2 1 # 溢出折返了
1) (integer) 0

 

饱和截断 SAT
127.0.0.1:6379> set w hello
OK
127.0.0.1:6379> bitfield w overflow sat incrby u4 2 1
1) (integer) 11
127.0.0.1:6379> bitfield w overflow sat incrby u4 2 1
1) (integer) 12
127.0.0.1:6379> bitfield w overflow sat incrby u4 2 1
1) (integer) 13
127.0.0.1:6379> bitfield w overflow sat incrby u4 2 1
1) (intege) 14
127.0.0.1:6379> bitfield w overflow sat incrby u4 2 1
1) (integer) 15
127.0.0.1:6379> bitfield w overflow sat incrby u4 2 1 # 保持最大值
1) (integer) 15
失败不执行 FAIL
127.0.0.1:6379> set w hello
OK
127.0.0.1:6379> bitfield w overflow fail incrby u4 2 1
1) (integer) 11
127.0.0.1:6379> bitfield w overflow fail incrby u4 2 1
1) (integer) 12
127.0.0.1:6379> bitfield w overflow fail incrby u4 2 1
1) (integer) 13
127.0.0.1:6379> bitfield w overflow fail incrby u4 2 1
1) (integer) 14
127.0.0.1:6379> bitfield w overflow fail incrby u4 2 1
1) (integer) 15
127.0.0.1:6379> bitfield w overflow fail incrby u4 2 1 # 不执行
1) (nil)