探索Redis特殊数据结构：Bitmaps(位图)在实际中的应用

一、概述

Redis官方提供了多种数据类型，除了常见的String、Hash、List、Set、zSet之外，还包括Stream、Geospatial、Bitmaps、Bitfields、Probabilistic（HyperLogLog、Bloom filter、Cuckoo filter、t-digest、Top-K、Count-min sketch、Configuration）和Time series。这些数据类型在Redis的数据结构中发挥着各自独特的作用。

这些数据类型丰富了Redis的功能，提供了灵活而高效的数据存储和操作方式。在使用时，选择合适的数据类型可以根据实际需求达到更好的性能和效果。

以下主要介绍Bitmaps的概念及使用：

位图不是实际的数据类型，而是在 String 类型上定义的一组面向位的操作，将其视为位向量。由于字符串是二进制安全 blob，其最大长度为 512 MB，因此它们适合设置最多 2^32 个不同位。

您可以对一个或多个字符串执行按位运算。位图用例的一些示例包括：

• 对于集合成员对应于整数 0-N 的情况，有效的集合表示。
• 对象权限，其中每一位代表一个特定的权限，类似于文件系统存储权限的方式。

基本命令

• SETBIT将提供的偏移量处的一位设置为 0 或 1。
• GETBIT返回给定偏移处的位值。
• BITOP允许您对一个或多个字符串执行按位运算。

这里是完整的Redis Bitmaps操作。

二、命令语法

在 Redis 中，Bitmaps 是一种特殊的数据结构，用于处理位图信息。这对于一些特定的场景，比如权限控制、用户在线状态等，是非常有用的。以下是与 Bitmaps 相关的三个主要命令的详细说明：

SETBIT 命令：

SETBIT 用于设置位图中指定偏移位置的位的值。

语法：

SETBIT key offset value

• key: 指定位图的键名。
• offset: 指定要设置的位的偏移位置。
• value: 指定要设置的位的值，可以是 0 或 1。

示例：

# 将位图 key 的第 5 位设置为 1
127.0.0.1:6379> SETBIT mybitmap 5 1
(integer) 0

GETBIT 命令：

GETBIT 用于获取位图中指定偏移位置的位的值。

语法：

GETBIT key offset

• key: 指定位图的键名。
• offset: 指定要获取的位的偏移位置。

示例：

# 获取位图 mybitmap 的第 5 位的值
127.0.0.1:6379> GETBIT mybitmap 5
(integer) 1

BITOP 命令：

BITOP 用于对多个位图执行按位操作，并将结果存储在目标位图中。

语法：

BITOP operation destkey key [key ...]

• operation: 指定按位操作的类型，可以是 AND、OR、XOR、NOT。
• destkey: 指定目标位图的键名。
• key: 指定参与操作的位图键名，可以是一个或多个。

示例：

# 对位图 key1 和 key2 执行按位 OR 操作，将结果存储在 destkey 中
127.0.0.1:6379> BITOP OR destkey key1 key2
(integer) 6

在这个示例中，destkey 存储了执行 OR 操作的结果，其中有 6 个位被设置为 1。

三、应用示例

为了简单实现用户在线状态功能，我们可以使用 Redis Bitmaps 记录用户在线状态。以下是一个简单的步骤，使用命令行工具：

步骤 1: 记录用户在线状态

使用 SETBIT 命令记录用户在线状态。这里我们以用户ID为键名，每一位表示一个时刻的在线状态，1表示在线，0表示离线。

# 用户1在线
127.0.0.1:6379> SETBIT online_status 1 1

# 用户2在线
127.0.0.1:6379> SETBIT online_status 2 1

# 用户3在线
127.0.0.1:6379> SETBIT online_status 3 1

步骤 2: 查询用户在线状态

使用 GETBIT 命令查询用户的在线状态。

# 查询用户1的在线状态
127.0.0.1:6379> GETBIT online_status 1
(integer) 1

步骤 3: 统计在线用户数量

使用 BITCOUNT 命令统计在线用户的数量。

# 统计在线用户数量
127.0.0.1:6379> BITCOUNT online_status
(integer) 4

以二进制方式显示就是以下结果：