Redis数据类型之位图Bitmap

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一、Redis位图（Bitmap）介绍

在正式讲解位图的概念之前，我们先来简单介绍一下位图中“位”是什么。

位（Bit，也称作比特）是计算机存储数据的最小单位，由二进制的0或1组成。

字节是一个由8个“位”的组合，一个字节可以表示256种不同的值（从00000000到11111111）。一个字节通常表示一个字符，例如：字母、数字、符号等。在ASCII编码中，每个字符通常使用1个字节表示。

“位”和字节之间的换算关系：

$$
1byte = 8bit
$$

Redis位图（Bitmap）是一种基于字符串（String）数据类型的操作方式，实际上是用二进制位（bit）来存储和操作数据。虽然位图在底层存储上只是普通的字符串，但我们可以将其视为超大的二进制数组：

为什么说位图本质上是字符串，我们可以使用Redis命令证明：

应用场景：

• 签到打卡：假设一个月有31天，你可以为每个用户分配31个bit（位），1代表当天签到，0代表没有签到。

• 在线状态记录：使用位图可以用来记录每个用户的在线状态。假设一个网站有100万用户，可以使用位图来记录他们是否在线（在线就将对应的位设置为1，不在线将对应的位设置0），作为网站管理员，我们可以统计当前在线人数。

• 活动参与统计：可以使用位图记录用户是否参与过活动（例如：投票、抽奖等）。通过位图，可以快速判断某个用户是否参与。

二、Redis位图（Bitmap）相关命令

1. 给指定的key第offset位赋值为value：

SETBIT key offset value

其中value对应的值只能是二进制的0和1。

该命令默认的返回值也是0和1。

这里解释一下为什么使用SETBIT命令时，返回0或1。这里我已上图中SETBIT myBitmap 3 1为例：

当我们在执行SETBIT myBitmap 3 1命令时，Redis会检查myBitmap的第3位（即offset = 3的位置）对应的值。如果符合以下任意一种情况，Redis会将该位置的默认值设置为0：

• 当前位之前从未设置过值；
• 对应的key不存在；

显然，在初次执行上述命令时，Redis中还不存在名为myBitmap的key，此时该位置的值默认是0。在执行SETBIT以后，Redis会将该位置的值设置为1，并返回执行SETBIT之前该位置对应的值（即0）.

下面的动画演示这一过程：

2. 获取当前key第offset位的值：

GETBIT key offset

如果当前offset位置已经设置过值，使用GETBIT命令就可以获取到值（0或1）。如果当前位置没有设置过值，使用GETBIT命令得到的值是0。

3. 获取当前key在某个offset区间中值为1的数量：

BITCOUNT key [start end [BYTE | BIT]]

以下是命令各个参数的相关说明：

• start（可选）：统计的起始位置，可以是负数表示从末尾开始计算。
• end（可选）：统计的结束位置，同样可以是负数。
• BYTE（可选）：如果指定，start和end参数以字节为单位（默认）。
• BIT（可选）：如果指定，start和 end参数以位为单位。

4. 对不同的二进制存储数据进行位运算（AND/OR/NOT/XOR）并存储到destkey中：

BITOP <AND | OR | NOT | XOR> destkey key [key ...]

AND是与运算，OR是或运算、NOT是非运算，XOR是异或运算，具体的计算方法详见这篇文章：点我查看

其中NOT运算比较特殊，因为它只能和一个key进行“非运算”操作。

一直ASCII码表中存储如下几个字符相关信息：

字符	二进制表示	十进制表示
a	01100001	97
b	01100010	98

以下是二进制运算过程：

5. 获取位图在内存中的存储大小：

STRLEN key

前面我们提到过，位图本质上是一个字符串，1个字符存储大小是1个字节，1个字节=8位：