Redis 位图基础到统计活跃用户

前言

大家有没有想过如何统计活跃用户数量？如果是自己做，那该怎么做？

这里思考一分钟，后面我将分享一下如何使用 redis 中的位图来统计活跃用户数。

正文

什么是位图 ？

位图（bitmap) 是二进制的 byte 数组，也可以简单理解成是一个普通字符串。它将二进制数据存储在 byte 数组中以达到存储数据的作用。

图 1.1

如何使用位图 ？

理清概念

在解释什么是位图的时候说过，位图可以理解成是一个普通字符串，那么我们为什么要用位图而不是字符串呢 ？

下面是在 redis 中存储字符串的一个示意图

图 2.1


如图，存储字符串是将字符串二进制数组的形式存储在 redis 中，位图可以直接对 二进制的数组操作，位图的优势在于可以用 0 和 1来存储布尔值，这大大降低了我们的存储空间消耗。由于这个特性，我们用位图来记录签到信息，记录活跃用户等，可以达到节省空间的能力（后面会有介绍)。

那我们如何对二进制的数组进行操作呢？

基本存取

setbit | getbit

上文说的二进制数组我们可以对它做添加、查找及修改的功能

如何进行添加和查找呢?

setbit [keyName] [offset] [value]

offset：偏移量，指的是数组的下标； value: 数据， 只能是 0 和 1。

这条命令既可以添加数据也可以修改数据。

如何进行查找呢 ？

getbit [keyName] [offset]

offset：偏移量，指的是数组的下标。这里，除了设置 value 为 1 的 offset, 查询其他的都返回 0

补充：上面说了位图可以理解成字符串，那么它们之间可以互相操作吗？

图 2.2

请对照上图，我们一起完成下面的探究:

1. 以字符串存储，可以通过 getbit 命令获取到值吗？

   我们可以结合查询和图片所示的 offset 及所对应的值来验证

   > set str hi
   OK
   
   > getbit str 0
   (integer) 0
   
   > getbit str 4
   (integer) 1
   
   > getbit str 7
   (integer) 0
   
   > getbit str 15
   (integer) 1
   

   结论：可以的

2. 以字符串存储，可以通过 settbit 修改值吗？

   我们可以试着将 offset 7 对应的 value 改成 1， 如果成功了，h 字符应该变成 i

   > setbit str 7 1
   (integer) 0
   
   > get str
   "ii"
   

   结论：可以

3. 用 setbit 存储字符串的二进制数据，可以通过 get 获取字符串吗？

   我们将 字符 h 的二进制存入位图，看可以能通过 get 获取

   > setbit bitmap 0 0
   (integer) 0
   > setbit bitmap 1 1
   (integer) 0
   > setbit bitmap 2 1
   (integer) 0
   > setbit bitmap 3 0
   (integer) 0
   > setbit bitmap 4 1
   (integer) 0
   > setbit bitmap 5 0
   (integer) 0
   > setbit bitmap 6 0
   (integer) 0
   > setbit bitmap 7 0
   (integer) 0
   > get bitmap
   "h"
   

   结论：可以

上面介绍了位图的基本概念和使用，通过一系列的探究希望能帮助大家更好的理解位图

那么，如何将位图应用的项目中呢？

统计和查找

bitcount | bitpos

bitcount 是用来查找 1 出现的次数，既可以对位图使用也可以对字符串使用，用法如下：

bitcount [keyName] [startWith] [endWith]

注意：这里的 startWith 和 endWith 不是二进制数组的下标（offset)

这里的 startWith 和 endWith 可以理解成是字符串的下标，一个字符串对应 8 位二进制数据；它们相当于是截取字符串，如 s= "hi", s[0:0] = "h", 它所对应的二进制数组的下标是 0，7，以此类推。

其实这里不好解释，先来带代码，可以结合着上面的 图 2.2 看一下，大家后面可以在领悟一下

> set str hi
> bitcount str 0 0
(integer) 4
> bitcount str 0 1
(integer) 8
> bitcount str
(integer) 8

注意：startWith 和 endWith 不设置的时候默认全部范围

应用场景：统计活跃用户的数量

bitpos用来查找指定范围内出现的第一个 0 或 1，用法如下：

bitpos [keyName] [bit] [start] [end]

bit: 要找的 0 或者 1， start 和 end 同上面的 startWith 和 endWith

应用场景：获取第一次签到和第一次未签到的时间

应用场景

上面大致说了 2 个应用场景：

1. 统计活跃用户的数量
2. 获取第一次签到和第一次未签到的时间

我在这里稍微介绍一下思路，然后附上一个 统计活跃用户的数量 可供参考

统计活跃用户的数量

1. 将位图的 keyName 设置成需要统计的 行为和时间范围 [ation:date], 如：login:2020-3
2. 将用户对应到位图中的 offset, 如 id 对应二进制数组的下标，id 为 int
3. 签到成功使用 setbit 将对应的offset 设置成 1
4. 使用 bitcount 统计某个行为和时间范围的活跃人数，如 bitcount login:2020-3

Demo: DailyActiveUsers

获取第一次签到和第一次未签到的时间

1. 将位图的 keyName 设置成需要统计的 行为和时间范围和对象 [ation: date:person], 如：login:2020-3:Tom
2. 将日期对应到位图中的 offset, 如 1号对应二进制数组的下标 0， 2 号为 1
3. 签到成功使用 setbit 将对应的offset 设置成 1
4. 使用 bitpos 统计某个行为和时间范围和对象的签到情况，如 bitpos login:2020-3:Tom 1

总结

1. 位图和字符串没有本质上的区别，只是操作方式不同
2. 使用位图存储布尔数据可以大大节省空间
3. 存取命令 setbit/getbit
4. 统计查找 bitcount / bitpos

最后

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