Redis学习之旅 位图(BitMap)

Redis学习之旅 位图(BitMap)

单独给位图开一章，是因为这块的东西确实玩法众多，面试也常常遇到，干脆将其拆分为独立的一章

Redis BIT相关命令

BITCOUNT

从字面意思上来看，bitcount翻译过来叫位统计，那么统计的是什么呢？，其实是01串中1的个数

• OK,这不简单么，我知道了，字符串1 BITCOUNT的结果肯定是1，因为1的二进制是 0000 0001嘛，我们看下结果
  

我了个大擦，怎么会是3？，这就又回到我们在String篇里提到的一个概念，Redis String类型的数据，都是按一个字节一个字节来保存的，Redis实际上处理的是一个个的字节，每个字节又如何去表示呢？不管编码字符集是什么，它有一个是不变的，就是ASCII码，其他已知的字符集（UTF-8,GBK）都是在ASCII码的基础上进行的扩展

ASCII 码表

通过对照表可以看到，字符1在ASCII里的表示 ，实际上赞同于十进制的49，转成二进制是 00110001，数一下，确实是3个1

• NICE!那我就明白了，后面的start 和 end 明显就是二进制位的偏移么，如果我把start定为3 ，end 定为7，一定会返回2，因为从第四位到第八位，里面有两个1

-惊不惊喜？意不意外？是的，虽然bitcount是位级别的统计，但是它的参数并不是位级别的，而是字节级别的！

从上面可以得出几个结论

1. bitcount是可以越界的，直接返回0
2. 针对不存在的key，直接返回0
3. 它的start,end参数在使用与含义上等于SETRANGE、GETRANGE，是字节级别的偏移

GETBIT

对 key 所储存的字符串值，获取指定偏移量上的位，怎么理解呢？看下面的例子。还是以1为例 ，我们已经知道，它对应的ascii位置为49，对应的二进制是00110001
从执行的结果可以看出

1. 位获取是从高位向低位进行计算的
2. 获取到的是指定偏移后的位上的0或者1
3. 越界直接返回0

有人可能会想，那么多个字符咋办？演示一下

推算一下，13= 8+5，即求的是第二个字符的第6位，我们看下b的二进制 01100010，第6位为0，第7位为1

接着提问题，中文呢？提到中文就不得不说下编码，UTF-8对中文的编码占三个字节，GBK编码占两个字节，以UTF-8为例进行测试

可以看到，确实是一个汉字占据三个字节，每个字节内填充的是一个16进制数，直接取第3个字节，即\xad,由16进制转换为2进制为10101101，看下结果完全匹配

SETBIT

这块和GETBIT完全一致，就是把对应的位上修改为0或者1，简单演示一下
1.设置的位的有效值只有0/1，其他值会抛出异常

BITPOS

即Bit Position,查找指定位的准确位置，啥意思呢？就是在给定的字符串中，按二进制，找到第一个你需要查找的0或者1，并返回它的位索引位置，\xe4 对应二进制 11100100

1. 不给出偏移时，是从第一个字符开始计算，找到一个匹配的就返回
2. 无法按位给出偏移量，只能按字节来给范围

BITOP

字面意思字节操作，实际指可以将多个字符串进行位运算，并将结果存放到另一个指定Key上
支持如下四种操作

1. BITOP AND destkey key [key …] ，对一个或多个key求位与，并将结果保存到destkey
2. BITOP OR destkey key [key …] ，对一个或多个key求位或，并将结果保存到destkey
3. BITOP XOR destkey key [key …] ，对一个或多个key求位异或，并将结果保存到destkey
4. BITOP NOT destkey key ，对给定key求位非，并将结果保存到destkey

BITOP AND

• 按位与，a 对应的ascii二进制 01100001 ,b对应的ascii二进制为01100010
  01100001 & 01100010 = 01100000，即字符 `

BITOP OR

• 01100001 | 01100010 = 01100011，即字符 c
  

BITOP XOR

• 01100001 ^ 01100010 = 00000011，即字符 ●

BITOP NOT

需要注意的是，位非操作只可以有一个key参与运算

• ~01100001 = 10011110

BITFIELD

BITFIELD key [GET type offset] [SET type offset value] [INCRBY type offset increment] [OVERFLOW WRAP|SAT|FAIL]
按Redis提示，它是在string中取某些位做int类型的运算
可以一次对多个位进行位操作.三个子指令get,set,incrby都可以读写指定位的片段，但一次最多只能处理64个连续的位，如果超过64位，则需要使用多条命令实现，只能取64位是因为Redis对int类型的数据定义就是64位，如果算上符号位，可用位只有63位

先算一下对应的位，防止后面懵圈

字符	ASCII码序号（十进制）	对应的二进制
h	104	01101000
e	101	01100101
l	108	01101100
o	111	01101111
,	44	00101100
w	119	01110111
r	114	01110010
d	100	01100100
!	33	00100001

BITFIELD GET

bitfield k1 get u4 17 ：偏移17位，取出4位二进制码转换成无符号十进制
在K1的这个Value的字符串"hello,world!"中，获取第18位起，连续的3个字节，即字符“L”的第2位开始，向后取连续的4个位，即 0<开始>1101<结束>100，然后按无符号计算，1101转十进制，等于13

bitfield k1 get i4 17:偏移17位，取出4位二进制码转成带符号十进制
同样取出1101，这是一个负数
原码1101，反码 0010，补码0011，0011即为3，计算结果应该为-3

BITFIELD SET

set和get的思路就是反着来，把给定的位使用你给定的十进制数进行填充
BITFIELD k1 set u4 2 13 ,就是将13转为无符号二进制1101，从第3个位开始，连续替换4位，原来的h是01101000，替换完后成了01110100,二进制对应116，即t

1. 如果转出的数字（1101）小于要覆盖的范围（14），高位补0

2. 如果转出的数字（100110）大于要覆盖的范围（4），计算的结果为00011000，明显，这是把高位，连带符号位一起扔掉了
   

BITFIELD INCRBY

前面都是对位的直接覆盖处理，这里就开始玩计算了，计算就会有溢出，Redis提供了三种策略

• WRAP: 回环算法（默认），适用于有符号和无符号整型两种类型。对于无符号整型，回环计数将对整型最大值进行取模操作（C语言的标准行为）。对于有符号整型，上溢从最负的负数开始取数，下溢则从最大的正数开始取数，例如，如果i8整型的值设为127，自加1后的值变为-128。
• SAT: 饱和算法，下溢之后设为最小的整型值，上溢之后设为最大的整数值。例如，i8整型的值从120开始加10后，结果是127，继续增加，结果还是保持为127。下溢也是同理，但量结果值将会保持在最负的负数值。
• FAIL: 失败算法，这种模式下，在检测到上溢或下溢时，不做任何操作。相应的返回值会设为NULL，并返回给调用者。

一定要注意要把overflow配置到incrby前面 ，否则不报错，不生效，使用默认wrap算法

位图运用

登录统计

一、统计某个时间段内的日活情况

解决思路，将用户编号，每个用户固定占用某个编号，不随用户的变更进行编号调整
按天开辟可以容纳用户的位行，举例，现在有100个用户，16个字节 16*8=128，就可以开辟出128个位0，将用户从0编号到99，以天创建key,用户登录后，与用户编号对应位置进行与1操作

• 准备三天的位

• 假定有四个用户，ID号分别是 12、35、54、83

日期	12	35	54	83
20200526	在线	不在线	不在线	在线
20200527	不在线	在线	在线	在线
20200528	在线	在线	在线	不在线

• 将每天在线的用户标志位打上1

• 查看27号的日活

• 查看这三天一共有多少人没登录
  100-4=96人没有登录