什么是位图
位图（Bitmap）是通过一个 bit 来表示某个元素对应的值或者状态。它并不是什么新的数据结构。它的内容其实就是普通的字符串。我们可以通过 get/set 获取位图的内容，也可以使用 getbit/setbit 操作 bit 值（0 或者 1）。
Bit即比特，是目前计算机中数据最小的单位。8个Bit一个Byte（字节）。Bit的值，要么为 0 ，要么为 1。由于Bit是计算机中最小的单位，使用它进行储存将非常节省空间。特别适合一些数据量大的场景。例如，统计每日活跃用户、统计每月打卡数等统计场景。
常用命令介绍
1）SETBIT
作用：对于某个KEY的某位设值
用法：SETBIT key offset value
返回值： 原来储存的位
redis> SETBIT bit 10086 1
(integer) 0
2）GETBIT
作用：获取某KEY某位的值
用法：GETBIT key offset
返回值：0 或 1。 当 offset 比字符串值的长度大，或者 key 不存在时，返回 0 。
redis> SETBIT bit 10086 1
(integer) 0
redis> GETBIT bit 10086
(integer) 1
3）BITOP
作用：对多个键进行位操作。 OP是 operation的简写。
用法：BITOP operation destkey key1 key2 [key ...]
参数说明：
operation 表示位运算符。一共有四种操作，见下表。
destkey 表示运算结果保存的值
key1、key2、key3 表示进行运算的key
| operation | 描述 |
|---|---|
| AND | 逻辑并 |
| OR | 逻辑或 |
| NOT | 逻辑非 |
| XOR | 逻辑异或 |
返回值：保存到 destkey 的字符串的长度，和输入 key 中最长的字符串长度相等。
redis> SETBIT bits-1 0 1 # bits-1 = 1001
(integer) 0
redis> SETBIT bits-1 3 1
(integer) 0
redis> SETBIT bits-2 0 1 # bits-2 = 1011
(integer) 0
redis> SETBIT bits-2 1 1
(integer) 0
redis> SETBIT bits-2 3 1
(integer) 0
redis> BITOP AND and-result bits-1 bits-2
(integer) 1
redis> GETBIT and-result 0 # and-result = 1001
(integer) 1
redis> GETBIT and-result 1
(integer) 0
redis> GETBIT and-result 2
(integer) 0
redis> GETBIT and-result 3
(integer) 1
4）BITCOUNT
作用：计算给定字符串上，位为1的个数
用法：BITCOUNT key [start] [end] 注意：此处的[start] [end] 为 字节开始和结束的位置，非偏移量的位置
返回值：被设置为 1 的位的数量。不存在的key，或空字符串，值为0
redis> SETBIT tian 0 1
(integer) 0
redis> BITCOUNT tian
(integer) 1
redis> SETBIT tian 2 1
(integer) 0
redis> BITCOUNT tian
(integer) 2
5）BITPOS
用法：获取某个键第一位被设置为 0 或 1 位的位置
作用：BITPOS key bit [start] [end]
返回值：返回第一个被设为 0 或 1 的位置
redis> SET test_str 'youthcity'
OK
# 查看值为 1 的最开始的位数
redis> BITPOS test_str 1
(integer) 1
# 查看值为 0 的最开始位数
redis> BITPOS test_str 0
(integer) 0
redis> BITPOS test_1 1 # 若没有找到指定位，则返回 -1
(integer) -1
6）魔术指令 BITFIELD
作用：一次对多个位范围进行操作。bitfield 有三个子指令，分别是 get/set/incrby。每个指令都可以对指定片段做操作。
用法：BITFIELD key [GET type offset] [SET type offset value] [INCRBY type offset increment] [OVERFLOW WRAP|SAT|FAIL]
返回值：返回一个数组作为回复， 数组中的每个元素就是对应操作的执行结果。
# 从第1位开始取4位，设值为5（有符号数）
redis> BITFIELD key SET i4 0 5
1) (integer) 0
# 从第1位开始取4位，结果为有符号数
redis> BITFIELD key GET i4 0
1) (integer) 5
# 从第1位取4位，结果为有符号数
# 从第5位取4位，设值为6，结果为无符号数
# 从第5位去4位，值增加1，结果为无符号数
redis> BITFIELD key GET i4 0 SET u4 4 6 INCRBY u4 4 1
1) (integer) 5
2) (integer) 0
3) (integer) 7
BITFIELD还提供了三种溢出策略：
-
WRAP（wrap around，回绕）。一个i8的整数，值为127，递增1会导致值变为-128； -
SAT（saturation arithmetic，饱和计算）。一个i8的整数，值为120，递增10结果变为127（i8 类型所能储存的最大整数值）； -
FAIL。 发生溢出时，操作失败。并返回空值表示计算未被执行。
redis> BITFIELD tian_key SET i8 0 127 OVERFLOW WRAP INCRBY i8 0 1
1) (integer) 0
2) (integer) -128
redis> BITFIELD tian_key_2 SET i8 0 120 OVERFLOW SAT INCRBY i8 0 10
1) (integer) 0
2) (integer) 127
redis> BITFIELD tian_key_3 SET i8 0 127 OVERFLOW FAIL INCRBY i8 0 1
1) (integer) 0
2) (nil)
应用场景
1） 统计用户上线次数
实现原理：
每当用户在某一天上线的时候，我们就使用 SETBIT，以用户名作为 key ，将那天所代表的网站的上线日作为 offset 参数，并将这个 offset 上的位设置为 1。
例如：
- 某应用上线第100天，若用户A在该天上线一次。
SETBIT A 100 1
- 某应用上线第101天，用户A上线。
SETBIT A 101 1
- 统计用户 A 总共上线次数。
BITCOUNT A
2）用户签到
与统计用户上线次数原理类似。
原理：以用户ID为KEY，以当前时间距离开始时间的时间差为偏移量，若用户签到一次，则将位置为 1。最后 bitcountKEY，获取用户一共签到的次数。
const start_date = '20180801';
const end_date = '20180830';
const offset = moment(start_date).unix() - moment(end_date).unix();
redis.setBit('user_id_2018', offset, 1);
// 统计活跃天数
redis.bitCount('user_id_2018');
3）统计活跃用户
需求：统计某天或连续几天，活跃用户数
方案：若某用户上线，则以日期为KEY，以用户user_id为偏移量（若ID不为整数，则将ID hash化为唯一ID），设置位为 1
redis.setBit('')
const status = 1;
const user_id = 100;
redis.setBit('active_20180820', user_id, status);
redis.setBit('active_20180821', user_id, status);
// 将20180820号与20180821日进行和运算，得出两天都上线的结果。并存入KEY—— dest_201808_20_21
redis.bitOp('AND', 'dest_201808_20_21', 'active_20180820', 'active_20180821');
redis.bitCount('dest_201808_20_21');
4）用户在线状态
需求：提供接口检查用户是否在线。
方案：使用bitmap存储用户在线状态。使用一个KEY，若用户在线，则以用户ID位偏移量，将位设为 1；若不在线，则设置为 0。
参考资料
- 使用redis实现点赞功能的几种思路
- Redis中bitmap的妙用
- When would you use a long, string ID instead of a simple integer
- 按位操作符
- Bitmap的秘密
- redis使用bitmap实现网站活跃用户的统计·
- 模式：使用 bitmap 实现用户上线次数统计
- Wikipedia - 有符号数处理
- 一看就懂系列之 详解redis的bitmap在亿级项目中的应用