Redis位图实现用户签到功能

场景需求

适用场景如签到送积分、签到领取奖励等，大致需求如下：

• 签到1天送1积分，连续签到2天送2积分，3天送3积分，3天以上均送3积分等。
• 如果连续签到中断，则重置计数，每月初重置计数。
• 当月签到满3天领取奖励1，满5天领取奖励2，满7天领取奖励3……等等。
• 显示用户某个月的签到次数和首次签到日期。
• 在日历控件上展示用户每月签到情况，可以切换年月显示……等等。

设计思路

对于用户签到数据，如果每条数据都用Key/Value的方式存储，当用户量大的时候内存开销是非常大的。而位图(BitMap)是由一组bit位组成的，在Redis内部虽然是采用String类型存储的，但Redis提供了一些命令可以直接操作位图的每一位。
它的优点是内存占用小、效率高且操作简单，很适合签到这类场景。

Redis提供了以下几个命令用于操作位图：

• SETBIT
• GETBIT
• BITCOUNT
• BITFIELD
• BITPOS
• BLPOP

考虑到每月初需要重置连续签到次数，所以最简单的方式是按用户每月存一条签到数据（也可以每年存一条数据）。Key的格式为u:sign:uid:yyyyMM，Value则采用长度为4个字节（32位）的位图（因为月份最大只有31天）。位图的每一位代表一天的签到情况，1表示1已签到，0表示未签到。

例如u:sign:1000:201902表示ID=1000的用户在2019年2月的签到记录。

# 用户2月17号签到
SETBIT u:sign:1000:201902 16 1 # 偏移量是从0开始，所以要把17减1 # 检查2月17号是否签到 GETBIT u:sign:1000:201902 16 # 偏移量是从0开始，所以要把17减1 # 统计2月份的签到次数 BITCOUNT u:sign:1000:201902 # 返回当月签到次数 # 获取2月份前28天的签到数据 BITFIELD u:sign:1000:201902 get u28 0 # 获取2月份首次签到的日期 BITPOS u:sign:1000:201902 0 # 返回的首次签到的偏移量，加上1即为当月的某一天

示例代码

import redis.clients.jedis.Jedis;

import java.time.LocalDate;
import java.time.format.DateTimeFormatter;
import java.util.HashMap; import java.util.List; import java.util.Map; import java.util.TreeMap; /** * 基于Redis位图的用户签到功能实现类 * 
 * 实现功能： * 1. 用户签到 * 2. 检查用户是否签到 * 3. 获取用户签到次数 * 4. 获取用户连续签到次数 * 5. 获取用户每天的签到情况 */ public class UserSignDemo { private Jedis jedis = new Jedis(); /** * 用户签到 * * @param uid 用户ID * @param date 日期 * @return 之前的签到状态 */ public boolean doSign(int uid, LocalDate date) { int offset = date.getDayOfMonth() - 1; return jedis.setbit(buildSignKey(uid, date), offset, true); } /** * 检查用户是否签到 * * @param uid 用户ID * @param date 日期 * @return 当前的签到状态 */ public boolean checkSign(int uid, LocalDate date) { int offset = date.getDayOfMonth() - 1; return jedis.getbit(buildSignKey(uid, date), offset); } /** * 获取用户签到次数 * * @param uid 用户ID * @param date 日期 * @return 当前的签到次数 */ public long getSignCount(int uid, LocalDate date) { return jedis.bitcount(buildSignKey(uid, date)); } /** * 获取当月连续签到次数 * * @param uid 用户ID * @param date 日期 * @return 当月连续签到次数 */ public long getContinuousSignCount(int uid, LocalDate date) { int signCount = 0; String type = String.format("u%d", date.getDayOfMonth()); List list = jedis.bitfield(buildSignKey(uid, date), "GET", type, "0"); if (list != null && list.size() > 0) { // 取低位连续不为0的个数即为连续签到次数，需考虑当天尚未签到的情况 long v = list.get(0) == null ? 0 : list.get(0); for (int i = 0; i < date.getDayOfMonth(); i++) { if (v >> 1 << 1 == v) { // 低位为0且非当天说明连续签到中断了 if (i > 0) break; } else { signCount += 1; } v >>= 1; } } return signCount; } /** * 获取当月首次签到日期 * * @param uid 用户ID * @param date 日期 * @return 首次签到日期 */ public LocalDate getFirstSignDate(int uid, LocalDate date) { long pos = jedis.bitpos(buildSignKey(uid, date), true); return pos < 0 ? null : date.withDayOfMonth((int) (pos + 1)); } /** * 获取当月的签到情况 * * @param uid 用户ID * @param date 日期 * @return Key为签到日期，Value为签到状态的Map */ public Map getSignInfo(int uid, LocalDate date) { Map signMap = new HashMap<>(date.getDayOfMonth()); String type = String.format("u%d", date.lengthOfMonth()); List list = jedis.bitfield(buildSignKey(uid, date), "GET", type, "0"); if (list != null && list.size() > 0) { // 由低位到高位，为0表示未签到，为1表示已签到 long v = list.get(0) == null ? 0 : list.get(0); for (int i = date.lengthOfMonth(); i > 0; i--) { LocalDate d = date.withDayOfMonth(i); signMap.put(formatDate(d, "yyyy-MM-dd"), v >> 1 << 1 != v); v >>= 1; } } return signMap; } private static String formatDate(LocalDate date) { return formatDate(date, "yyyyMM"); } private static String formatDate(LocalDate date, String pattern) { return date.format(DateTimeFormatter.ofPattern(pattern)); } private static String buildSignKey(int uid, LocalDate date) { return String.format("u:sign:%d:%s", uid, formatDate(date)); } public static void main(String[] args) { UserSignDemo demo = new UserSignDemo(); LocalDate today = LocalDate.now(); { // doSign boolean signed = demo.doSign(1000, today); if (signed) { System.out.println("您已签到：" + formatDate(today, "yyyy-MM-dd")); } else { System.out.println("签到完成：" + formatDate(today, "yyyy-MM-dd")); } } { // checkSign boolean signed = demo.checkSign(1000, today); if (signed) { System.out.println("您已签到：" + formatDate(today, "yyyy-MM-dd")); } else { System.out.println("尚未签到：" + formatDate(today, "yyyy-MM-dd")); } } { // getSignCount long count = demo.getSignCount(1000, today); System.out.println("本月签到次数：" + count); } { // getContinuousSignCount long count = demo.getContinuousSignCount(1000, today); System.out.println("连续签到次数：" + count); } { // getFirstSignDate LocalDate date = demo.getFirstSignDate(1000, today); System.out.println("本月首次签到：" + formatDate(date, "yyyy-MM-dd")); } { // getSignMap System.out.println("当月签到情况："); Map signInfo = new TreeMap<>(demo.getSignInfo(1000, today)); for (Map.Entry entry : signInfo.entrySet()) { System.out.println(entry.getKey() + ": " + (entry.getValue() ? "√" : "-")); } } } }

运行结果

您已签到：2019-02-18
您已签到：2019-02-18
本月签到次数：12
连续签到次数：8
本月首次签到：2019-02-02
当月签到情况：
2019-02-01: -
2019-02-02: √
2019-02-03: √
2019-02-04: -
2019-02-05: - 2019-02-06: √ 2019-02-07: - 2019-02-08: - 2019-02-09: - 2019-02-10: - 2019-02-11: √ 2019-02-12: √ 2019-02-13: √ 2019-02-14: √ 2019-02-15: √ 2019-02-16: √ 2019-02-17: √ 2019-02-18: √ 2019-02-19: - 2019-02-20: - 2019-02-21: - 2019-02-22: - 2019-02-23: - 2019-02-24: - 2019-02-25: - 2019-02-26: - 2019-02-27: - 2019-02-28: -

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