使用二进制来表示数据状态

使用二进制的方式来表示数据状态（支持无顺序状态）

1. 背景介绍

我将分享一个案例，引发思考。该方案拥有多种解决方案，所以各有优势，也各有缺点，读者自行思考，自行选择解决方案，我主要想给大家分享 “使用二进制的方式表示数据状态” 这一类解决方案。下面，我将提出一个案例，大家可以想一下可以用何种方式来解决这个问题。

2. 通过一个案例引发思考

我们在大学实习的时候，肯定是需要签订《三方协议》的，该协议涉及三方，即：“学校”、“自己”、“实习公司”，我们将这三方假设为三个用户。

我们在签订三方协议的时候，是没有签订顺序的，谁都可以先盖章签字。那么，在这种背景下，我们可以如何设计我们的系统，来表示这种无顺序的状态呢？

2.1 当签章有顺序时，我们是如何设计的？

如果《三方协议》的签订是有顺序的，假设顺序为 “自己” --> “实习公司” --> “学校”。那么我们会如何设计？
其实，一张表即可完成设计

contract_id	sign_status
1	0

contract_id ：三方协议合同id
sign_status：合同签订状态：0-未签订、1-学生已签订、2-实习公司已签订、3-学校已签订

当状态为 3 的时候，即可认定为该合同已签订完毕。这就是有顺序的设计方式。

但是我们生活中的签订，却是无顺序的。

2.2 当签章顺序无法控制时，我们是如何设计的？

由于我们无法控制谁先签，谁后签，所以原本的设计方案就不可行了。
使用二进制表示状态，是什么意思？

我们有 3 个用户，对应二进制 000 ，若有一方签订了，则将属于他的那个 0 设置为 1 ，即可表示该用户已签订。假设二进制的 3 个 0 ，从左到右分别对应：学校、实习公司、学生。此时的二进制状态为 000 ，数据库存储的十进制状态为 0 ，代表未签订状态。

contract_id	sign_status
1	0

contract_id ：三方协议合同id
sign_status：合同签订状态：000-未签订、001-学生已签订、010-实习公司已签订、100-学校已签订

接着，假设学生第一个签章了，那么就将属于学生的那个 0 ，改为 1 ，此时的二进制状态为 001，对应数据库十进制状态为 1 ，代表学生已签章。如图所示：

contract_id	sign_status
1	1

接着，学校开始签章，二进制状态变为 101 ，对应数据库存储的十进制状态为 5。

contract_id	sign_status
1	5

最后是实习公司签章：

contract_id	sign_status
1	7

可以看出，当二进制状态为 111 ，即十进制为 7 的时候，表示《三方协议》已签章完毕。

3. 无顺序状态改变的问题解决了，那么我们如何进行搜索呢？

3.1 案例介绍

同样的，我介绍一个案例供大家思考。

我们现在有一个系统，是录入新闻信息，然后用户可以在前台根据分类查看新闻。假设前台的新闻分类有：0-全部、1-股票、2-理财、3-黄金、4-基金。我们在后台新增的新闻，他的分类可以是多选的，如 ["黄金","基金"]，在这种情况下，前台用户可以在 全部、黄金、基金 这 3 个分类下面找到该新闻。

3.2 未使用二进制状态的数据库设计

一般这种情况，我们会使用一张中间表，来存储新闻类别（也可以使用字符串字段来表示，如"1,2,3,4"，但是我个人认为这样做不优雅。假设，我们类别多了，我需要搜索分类id为 2 的新闻信息，如果使用 contrains('2') 关键字，请问，是否会搜索出 分类id=12 的分类信息。当然，我只是举了这一个例子，无论采用何种方法，我认为使用字符串表示状态，在进行搜索的时候都不够优雅）

3.3 使用二进制状态的数据库设计

如果前端嫌二进制处理麻烦，我们可以使用 null-全部、1-股票、2-理财、3-黄金、4-基金 ，来对接前端，使用二进制状态对接数据库。
我们可以参照上面《三方协议》的案例，使用二进制来表示新闻的状态

news_id	type
1	7

news_id ：新闻id
type：新闻类型：0001-股票、0010-理财、0100-黄金、1000-基金
当新闻即为黄金分类，又为基金分类的时候，他的二进制状态为：1100，对应十进制：12

1. 我们如何将前端传递的 [1,2,3,4] 对应数据库的表现形式？【★】

前端传递的参数：null-全部、1-股票、2-理财、3-黄金、4-基金
数据库保存的状态：0001-股票、0010-理财、0100-黄金、1000-基金
我们可以看出，前端传递的数字，其实就是对应数据库二进制状态从右开始数，第n个1的位置，因此，我们需要写一个工具类，使他们可以进行相互转换，即：
[1,2,3,4] ⇒ 15
7 ⇒ [1,2,3]
工具类请点击查看：2.工具类。下面我将介绍工具类的实现原理，感兴趣的朋友可以看一看。

1.1 位偏移运算（<<）

将 [1,2,3,4] 转为 1111 即 15

如果不懂该运算的朋友，可以去网上搜一下左偏移、右偏移。我简单介绍下。

1 << 1 = 2 （0001 向左偏移1位 = 0010。对应十进制 2）
2 << 1 = 4 （0010 向左偏移1位 = 0100。对应十进制 4）
2 << 2 = 8 （0010 向左偏移2位 = 1000。对应十进制 8）
3 << 1 = 6 （0011 向左偏移1位 = 0110。对应十进制 6）

右偏移同理

1 >> 1 = 0 （0001 向右偏移1位 = 0000。对应十进制 0）
2 >> 1 = 1 （0010 向右偏移1位 = 0001。对应十进制 1）
2 >> 2 = 0 （0010 向右偏移2位 = 0000。对应十进制 0）
3 >> 1 = 1 （0011 向右偏移1位 = 0001。对应十进制 1）

---

我们假设想要查看3-黄金分类，那么我们就需要将 3 转换为二进制数 0100，对应十进制为 4。
我们假设想要查看3-黄金 或者 4-基金的分类，那么我们就需要将 [3,4] 转换为二进制数 1100，对应十进制为 12。
代码实现如下

    /**
     * 将数组里面的数字对应至二进制 1 的位置（从右开始数）
     * 如：[1,3] 代表，二进制数中，第1的和第三的位置为 1，其他位置为 0，即：0101
     * 则 [1,3] 将会被转换为十进制数字：5
     *
     * @param numberList 数字列表
     * @return 二进制填充 1 后对应的十进制
     */
    public static int convert2Binary(List<Integer> numberList) {
        int number = 0;
        for (Integer cursor : numberList) {
            if (cursor == 0)
                number += 0;

            number += 1 << (cursor - 1);
        }
        return number;
    }

1.2 按位与运算（&）来进行搜索

将 12 转为 [3,4]

将前端传递的 [1,2,3,4] 转换为对应的二进制数字后，此时我们又需要用到 &运算，不懂的朋友可以去搜一下，我简单概括下，其实就是取两个数的二进制 1 的交集，如图所示

该运算的算法是，将指定数 & 1，从二进制数的最右边开始，若结果为 1 ，则表示该位置有值，记录下当前的位置，该位置即是对应前端的 [1,2,3,4] 的值。如图所示：

此时，我们便实现了互转，代码如下：

/**
 * 获取 二进制 中，出现 1 的位置（从右开始数）
 * 如：3 对应的二进制为 : 0011
 * 则，该方法返回 [1,2]
 *
 * @param number 十进制数
 * @return 出现 1 数字的位置
 */
public static List<Integer> find1Cursor(int number) {
    if (number < 0)
        return new ArrayList<>();

    List<Integer> cursorList = new ArrayList<>();

    int cursor = 0;

    if (number == 0) {
        cursorList.add(cursor);
        return cursorList;
    }

    while (true) {

        if (number == 0)
            break;


        //移动坐标
        ++cursor;
        //如果低位二进制有 1 值，则将坐标保存到数组中
        if ((number & 1) == 1) {
            cursorList.add(cursor);
        }

        number >>= 1;
    }
    return cursorList;
}

2.工具类【★】

/**
 * 二进制转换工具
 *
 * @author Chimm Huang
 * @author [email protected]
 * @date 2020/3/12
 */
public class BinaryUtil {

    private BinaryUtil() { }

    /**
     * 获取 二进制 中，出现 1 的位置（从右开始数）
     * 如：3 对应的二进制为 : 0011
     * 则，该方法返回 [1,2]
     *
     * @param number 十进制数
     * @return 出现 1 数字的位置
     */
    public static List<Integer> find1Cursor(int number) {
        if (number < 0)
            return new ArrayList<>();

        List<Integer> cursorList = new ArrayList<>();

        int cursor = 0;

        if (number == 0) {
            cursorList.add(cursor);
            return cursorList;
        }

        while (true) {

            if (number == 0)
                break;


            //移动坐标
            ++cursor;
            //如果低位二进制有 1 值，则将坐标保存到数组中
            if ((number & 1) == 1) {
                cursorList.add(cursor);
            }

            number >>= 1;
        }
        return cursorList;
    }

    /**
     * 将数组里面的数字对应至二进制 1 的位置（从右开始数）
     * 如：[1,3] 代表，二进制数中，第1的和第三的位置为 1，其他位置为 0，即：0101
     * 则 [1,3] 将会被转换为十进制数字：5
     *
     * @param numberList 数字列表
     * @return 二进制填充 1 后对应的十进制
     */
    public static int convert2Binary(List<Integer> numberList) {
        int number = 0;
        for (Integer cursor : numberList) {
            if (cursor == 0)
                number += 0;

            number += 1 << (cursor - 1);
        }
        return number;
    }
}

3.4 数据库的sql进行分类查询

在数据库中，我们使用&运算，数据库会返回非0的数据，
假设我们要查询 [3,4] 的分类，我们的 sql 如下：

SELECT * FROM `news` WHERE news_type & 12

只要具备 3-黄金 或 4-基金 分类的新闻，就可以被数据库查询出来。
通用mapper可以自己定义criteria添加查询条件，如：

// 设置查询条件
Example example = Example.builder(News.class)
        .build();
example.createCriteria()
        .andCondition("news_type &", type);

4. 优缺点

优点：少建立一张表，少一次多表查询
缺点：可读性太差

5.联系作者

书写的能力还需要锻炼，我个人会经常分享一些知识，不论是否深奥，分享这些东西，一个原因是想分享，二个原因也是为了锻炼自己的书写水平，革命还尚未成功，我还需更加努力。
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微信：905369866