Redis bitmap数据结构

在我们平时的开发过程中，会有一些boolean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，当用户数上亿的时候，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（一个稍长一点的字符串）就可以完全容纳下，这就大大节约了存储空间。位图的最小单位是比特（bit），每个bit的取值只能是0或1，如下图所示。

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。

1、基本用法

redis的位数组是自动扩展的，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。

接下来我们使用redis-cli设置第一个字符，也就是位数组的前8位，我们只需要设置为1的位，h字符只有1/2/4位需要设置，e字符只有9/10/13/15位需要设置。值得注意的是位数组的顺序和字符的位顺序是相反的，如下图所示。

2、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。

比如我们可以通过bitcount统计用户一共签到了多少天，通过bitpos指令查找用户从哪一天开始第一次签到。如果指定了范围参数 [start, end]，就可以统计在某个时间范围内用户签到了多少天，用户自某天以后的哪天开始签到。

遗憾的是，start和end参数是字节索引，也就是说指定的位范围必须是8的倍数，而不能任意指定。

3、魔术指令bitfield

前面我们设置（setbit）和获取（getbit）指定位的值都是单个位的，如果要一次操作多个位，就必须使用管道来处理。

不过redis在3.2版本以后新增了一个功能强大的指令bitfield，有了这条指令，不用管道也可以一次进行多个位的操作。

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。