Redis数据类型 - 位图（bitmap）
文章目录
- 一、位图bitmap简介
- 二、位图的常用命令
- 三、在位图中存储整数值
一、位图bitmap简介
Redis的位图是由多个二进制位组成的数组，数组中的每个二进制位都有与之对应的偏移量（也称索引），可以通过这些偏移量对位图中指定的一个或多个二进制位进行操作。
二、位图的常用命令
- 设置二进制位的值
通过使用SETBIT命令，可以为位图指定偏移量上的二进制位设置值
语法格式：SETBIT key offset value，如
# 将mybitmap偏移量为0的位置设置值为1
SETBIT mybitmap 0 1
# 将mybitmap偏移量为1的位置设置值为0
SETBIT mybitmap 1 0
# 将mybitmap偏移量为2的位置设置值为1
SETBIT mybitmap 2 1
当用户执行SETBIT命令尝试对一个位图进行设置的时候，如果位图不存在，或者位图当前的大小无法满足用户想要执行的设置操作，那么Redis将对被设置的位图进行扩展（以字节位单位），使得位图可以满足用户的设置请求。
SETBIT命令在对二进制位进行设置后，将返回二进制位被设置之前的旧值作为结果。
与一些Redis命令可以使用负数作为偏移量的做法不同，SETBIT命令只能使用正数偏移量，尝试输入负数作为偏移量将引发一个错误
- 获取二进制位的值
使用GITBIT命令，可以获取位图指定偏移量上的二进制位的值
语法格式： GETBIT key offset，如
# 获取mybitmap偏移量为1上的值
GETBIT mybitmap 1
如果用户输入的偏移量超过了位图目前拥有的最大偏移量，那么GETBIT命令将返回0作为结果
- 获取位图中值为1的二进制位数量
BITCOUNT命令可用于获取位图中值为1的二进制位数量
语法格式：BITCOUNT key，如
# 获取mybitmap中值为1的二进制位数量，此处为2
BITCOUNT mybitmap
在默认情况下，BITCOUNT命令将对位图包含的所有字节中的二进制位进行统计，但也可以通过可选的start参数和end参数，让BITCOUNT只对指定字节范围内的二进制位进行统计，如
#获取mybitmap的第一个字节和第二个字节中有多少个二进制位被设置成了1
BITCOUNT mybitmap 0 1
BITCOUNT命令的start参数和end参数的值除了可以是正数之外，还可以是负数，也就是负数索引。
- 查找第一个指定的二进制位值
可通过执行BITPOS命令，在位图中查找第一个被设置为指定值的二进制位，并返回这个二进制位的偏移量
语法格式：BITPOS key value，如
# 获取mybitmap中第一个二进制位值为1的偏移量
BITOPS mybitmap 1
和BITCOUNT命令一样，在默认情况下，BITPOS命令的查找范围将覆盖位图包含的所有二进制位，但也可以通过可选的start参数和end参数，让BITPOS命令只在指定字节范围内的二进制位中进行查找，并且start参数和end参数也可以是负数。
当用户尝试对一个不存在的位图或者一个所有位都被设置成了0的位图中查找值为1的二进制位时，BITPOS命令将返回-1作为结果。如果用户在一个所有位都被设置成1的位图中查找值为0的二进制位，那么BITPOS命令将返回位图最大偏移量加上1作为结果，因为Redis会把位图中不存在的二进制位的值看作0。
- 执行二进制位运算
使用BITOP命令，可以对一个或多个位图执行指定的二进制位运算，并将运算结果 保存到指定的键中
语法格式：BITOP operation result_key key1 key2 …，
其中，operation参数的值可以是AND、OR、XOR、NOT中的任意一个，这4个值分别对应逻辑并、逻辑或、逻辑异或和逻辑非4种运算，其中AND、OR、XOR这3种运算允许用户使用任意数量的位图作为输入，而NOT运算只允许使用一个位图作为输入。如
BITSET mybitmap2 0 1
# 对mybitmap和mybitmap2执行或操作，并将结果存储到result_map
BITOP OR result_bitmap mybitmap mybitmap2
当BITOP命令在对两个长度不同的位图执行运算时，会将长度较短的那个位图中不存在的二进制位的值看作0。
ITOP命令在将计算结果存储到指定键中之后，会返回被存储位图的字节长度。
三、在位图中存储整数值
BITFIELD命令允许用户在位图中的任意区域存储指定长度的整数值，并对这些整数值执行加法或减法操作。
- 对指定区域进行设置
通过使用BITFIELD命令的SET子命令，可以在位图的指定偏移量上设置一个指定类型的整数值
语法格式：BITFIELD key SET type offset value
其中type参数用于指定被设置值的类型，这个参数的值需要以i或者u为前缀，后跟被设置值的位长度，i表示被设置的值为有符号整数，而u则表示被设置的值为无符号整数；offset即为指定的偏移；value参数用于指定被设置的整数值，这个值的类型应该和type参数指定的类型一致。如果给定值的长度超过了type参数指定的类型，那么SET命令将根据type参数指定的类型截断给定值。比如，如果用户尝试将整数123（二进制表示为01111011）存储到一个u4类型的区域中，那么命令会先将该值截断为4位长的二进制数字1011（即十进制数字11），然后再进行设置。如
# 在mybitmap3偏移量为0开始的地方处设置一个值为198的8位无符号数
BITFIELD mybitmap3 SET u8 0 198
SET子命令会返回指定区域被设置之前的旧值作为执行结果。
BITFIELD命令允许用户在一次调用中执行多个子命令，比如，通过在一次BITFIELD调用中使用多个SET子命令，我们可以同时对位图的多个区域进行设置
除了根据偏移量对位图进行设置之外，SET子命令还允许根据给定类型的位长度，对位图在指定索引上存储的整数值进行设置，如
# 在索引为2，也就是第三个元素处设置值为199的8位无符号数
BITFIELD mybitmap3 SET u8 #2 199
- 获取指定区域存储的值
通过使用BITFIELD命令的GET子命令，可以处给定的偏移量或者索引中取出指定类型的整数值
语法格式：
BITFIELD mybitmap3 GET type offset
BITFIELD mybitmap3 GET type #index
GET子命令各个参数的意义与SET子命令中同名参数的意义完全一样。
- 执行加法操作或减法操作
除了设置和获取整数值之外，BITFIELD命令还可以对位图存储的整数值执行加法操作或者减法操作，这两个操作都可以通过INCRBY子命令实现
语法格式：
BITFIELD key INCRBY type offset increment OVERFLOW WRAP|SAT|FAIL
BIRFIELD key INCRBY type #index increment OVERFLOW WRAP|SAT|FAIL
OVERFLOW子命令去控制INCRBY子命令在发生计算溢出时的行为，参数可以是WRAP、SAT或者FAIL中的一个：
·WRAP表示使用回绕（wrap around）方式处理溢出，这也是C语言默认的溢出处理方式。在这一模式下，向上溢出的整数值将从类型的最小值开始重新计算，而向下溢出的整数值则会从类型的最大值开始重新计算。
·SAT表示使用饱和运算（saturation arithmetic）方式处理溢出，在这一模式下，向上溢出的整数值将被设置为类型的最大值，而向下溢出的整数值则会被设置为类型的最小值。
·FAIL表示让INCRBY子命令在检测到计算会引发溢出时拒绝执行计算，并返回空值表示计算失败。
在同一个BITFIELD调用中使用多个OVERFLOW子命令
需要注意的是，因为OVERFLOW子命令只会对同一个BITFIELD调用中排在它之后的那些INCRBY子命令产生效果，所以用户必须把OVERFLOW子命令放到它想要影响的INCRBY子命令之前。
BITFIELD命令并没有提供与INCRBY子命令相对应的DECRBY子命令，但是用户可以通过向INCRBY子命令传入负数增量来达到执行减法操作的效果。INCRBY子命令在执行完相应的操作之后会返回整数的当前值作为结果。
如
# 将mybitmap3偏移量为0处的值增加15
BITFIELD mybitmap3 INCRBY u8 0 15
# 将mybitmap3索引为1处的值减去10
BITFIELD mybitmap3 INCRBY u8 #1 -10
使用位图存储整数的原因
在一般情况下，当用户使用字符串或者散列去存储整数的时候，Redis都会为被存储的整数分配一个long类型的值（通常为32位长或者64位长），并使用对象去包裹这个值，然后再把对象关联到数据库或者散列中。
与此相反，BITFIELD命令允许用户自行指定被存储整数的类型，并且不会使用对象去包裹这些整数，因此当我们想要存储长度比long类型短的整数，并且希望尽可能地减少对象包裹带来的内存消耗时，就可以考虑使用位图来存储整数。
- 使用字符串命令对位图进行操作
Redis的位图是在字符串基础上实现的，位图键会被看作一个字符串键，因此除了可以使用前面介绍的位图命令对位图执行操作之外，还可以使用字符串命令对位图进行操作