Redis 位图

Redis 位图介绍

位图并非实际的数据类型，而是在字符串类型上定义的一组面向位的操作，字符串类型被视为位向量。由于字符串是二进制安全的 blob，其最大长度为 512 MB，因此它们适用于设置多达 2^32 个不同的位。

您可以在一个或多个字符串上执行按位操作。位图的一些用例包括

在集合成员对应于 0-N 整数的情况下，高效的集合表示。
对象权限，其中每个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 在提供的偏移量处设置位为 0 或 1。
GETBIT 返回给定偏移量处位的值。

查看完整的位图命令列表。

示例

假设您有 1000 名骑自行车的人穿越乡村，他们的自行车上装有编号为 0-999 的传感器。您想快速确定某个传感器是否在一小时内 ping 通了跟踪服务器，以查看骑手的情况。

您可以使用位图来表示这种情况，其中键引用当前小时。

骑手 123 在 2024 年 1 月 1 日的 00:00 小时内 ping 通了服务器。您可以确认骑手 123 ping 通了服务器。您还可以检查骑手 456 是否在同一小时内 ping 通了服务器。

>_ Redis CLI

> SETBIT pings:2024-01-01-00:00 123 1
(integer) 0
> GETBIT pings:2024-01-01-00:00 123
1
> GETBIT pings:2024-01-01-00:00 456
0

Python

"""
Code samples for Bitmap doc pages:
    https://redis.ac.cn/docs/latest/develop/data-types/bitmaps/
"""
import redis

r = redis.Redis(decode_responses=True)


res1 = r.setbit("pings:2024-01-01-00:00", 123, 1)
print(res1)  # >>> 0

res2 = r.getbit("pings:2024-01-01-00:00", 123)
print(res2)  # >>> 1

res3 = r.getbit("pings:2024-01-01-00:00", 456)
print(res3)  # >>> 0


r.setbit("pings:2024-01-01-00:00", 123, 1)
res4 = r.bitcount("pings:2024-01-01-00:00")
print(res4)  # >>> 1

Node.js

import assert from 'assert';
import { createClient } from 'redis';

const client = createClient();
await client.connect();


const res1 = await client.setBit("pings:2024-01-01-00:00", 123, 1)
console.log(res1)  // >>> 0

const res2 = await client.getBit("pings:2024-01-01-00:00", 123)
console.log(res2)  // >>> 1

const res3 = await client.getBit("pings:2024-01-01-00:00", 456)
console.log(res3)  // >>> 0


await client.setBit("pings:2024-01-01-00:00", 123, 1)
const res4 = await client.bitCount("pings:2024-01-01-00:00")
console.log(res4)  // >>> 1

Java-Sync

package io.redis.examples;

import org.junit.jupiter.api.Test;
import redis.clients.jedis.UnifiedJedis;

import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertEquals;
import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertFalse;
import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertTrue;

public class BitMapsExample {

    public void run() {
        UnifiedJedis jedis = new UnifiedJedis("redis://localhost:6379");


        boolean res1 = jedis.setbit("pings:2024-01-01-00:00", 123, true);
        System.out.println(res1); // >>> false

        boolean res2 = jedis.getbit("pings:2024-01-01-00:00", 123);
        System.out.println(res2); // >>> true

        boolean res3 = jedis.getbit("pings:2024-01-01-00:00", 456);
        System.out.println(res3); // >>> false


        long res4 = jedis.bitcount("pings:2024-01-01-00:00");
        System.out.println(res4); // >>> 1


        jedis.close();
    }
}

package example_commands_test

import (
	"context"
	"fmt"

	"github.com/redis/go-redis/v9"
)


func ExampleClient_ping() {
	ctx := context.Background()

	rdb := redis.NewClient(&redis.Options{
		Addr:     "localhost:6379",
		Password: "", // no password docs
		DB:       0,  // use default DB
	})


	res1, err := rdb.SetBit(ctx, "pings:2024-01-01-00:00", 123, 1).Result()

	if err != nil {
		panic(err)
	}

	fmt.Println(res1) // >>> 0

	res2, err := rdb.GetBit(ctx, "pings:2024-01-01-00:00", 123).Result()

	if err != nil {
		panic(err)
	}

	fmt.Println(res2) // >>> 1

	res3, err := rdb.GetBit(ctx, "pings:2024-01-01-00:00", 456).Result()

	if err != nil {
		panic(err)
	}

	fmt.Println(res3) // >>> 0

}

func ExampleClient_bitcount() {
	ctx := context.Background()

	rdb := redis.NewClient(&redis.Options{
		Addr:     "localhost:6379",
		Password: "", // no password docs
		DB:       0,  // use default DB
	})


	res4, err := rdb.BitCount(ctx, "pings:2024-01-01-00:00",
		&redis.BitCount{
			Start: 0,
			End:   456,
		}).Result()

	if err != nil {
		panic(err)
	}

	fmt.Println(res4) // >>> 1

}


using NRedisStack.Tests;
using StackExchange.Redis;



public class Bitmap_tutorial
{
    public void run()
    {
        var muxer = ConnectionMultiplexer.Connect("localhost:6379");
        var db = muxer.GetDatabase();


        bool res1 = db.StringSetBit("pings:2024-01-01-00:00", 123, true);
        Console.WriteLine(res1);    // >>> 0

        bool res2 = db.StringGetBit("pings:2024-01-01-00:00", 123);
        Console.WriteLine(res2);    // >>> True

        bool res3 = db.StringGetBit("pings:2024-01-01-00:00", 456);
        Console.WriteLine(res3);    // >>> False

        // Tests for 'ping' step.


        bool res4 = db.StringSetBit("pings:2024-01-01-00:00", 123, true);
        long res5 = db.StringBitCount("pings:2024-01-01-00:00");
        Console.WriteLine(res5);    // >>> 1

        // Tests for 'bitcount' step.


    }
}

位操作

位操作分为两类：常数时间单一位操作（例如将位设置为 1 或 0，或获取其值）以及位组操作（例如计算给定范围内已设置的位数（即总体计数））。

位图的最大优势之一是它们在存储信息时通常能极大节省空间。例如，在一个由增量用户 ID 表示不同用户的系统中，只需 512 MB 内存即可记住 40 亿用户的单一位信息（例如，知道用户是否希望接收新闻通讯）。

SETBIT 命令的第一个参数是位号，第二个参数是要将位设置成的值，即 1 或 0。如果寻址的位超出当前字符串长度，该命令会自动扩展字符串。

GETBIT 只返回指定索引处位的值。超出范围的位（寻址超出目标键中存储字符串长度的位）始终被视为零。

有三个命令用于操作位组

BITOP 对不同字符串之间执行按位操作。提供的操作包括 AND、OR、XOR 和 NOT。
BITCOUNT 执行总体计数，报告设置为 1 的位数。
BITPOS 查找第一个具有指定值 0 或 1 的位。

BITPOS 和 BITCOUNT 都可以操作字符串的字节范围，而不是对整个字符串长度运行。我们可以轻松地查看位图中已设置的位数。

>_ Redis CLI

> BITCOUNT pings:2024-01-01-00:00
(integer) 1

Python

"""
Code samples for Bitmap doc pages:
    https://redis.ac.cn/docs/latest/develop/data-types/bitmaps/
"""
import redis

r = redis.Redis(decode_responses=True)


res1 = r.setbit("pings:2024-01-01-00:00", 123, 1)
print(res1)  # >>> 0

res2 = r.getbit("pings:2024-01-01-00:00", 123)
print(res2)  # >>> 1

res3 = r.getbit("pings:2024-01-01-00:00", 456)
print(res3)  # >>> 0


r.setbit("pings:2024-01-01-00:00", 123, 1)
res4 = r.bitcount("pings:2024-01-01-00:00")
print(res4)  # >>> 1

Node.js

import assert from 'assert';
import { createClient } from 'redis';

const client = createClient();
await client.connect();


const res1 = await client.setBit("pings:2024-01-01-00:00", 123, 1)
console.log(res1)  // >>> 0

const res2 = await client.getBit("pings:2024-01-01-00:00", 123)
console.log(res2)  // >>> 1

const res3 = await client.getBit("pings:2024-01-01-00:00", 456)
console.log(res3)  // >>> 0


await client.setBit("pings:2024-01-01-00:00", 123, 1)
const res4 = await client.bitCount("pings:2024-01-01-00:00")
console.log(res4)  // >>> 1

Java-Sync

package io.redis.examples;

import org.junit.jupiter.api.Test;
import redis.clients.jedis.UnifiedJedis;

import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertEquals;
import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertFalse;
import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertTrue;

public class BitMapsExample {

    public void run() {
        UnifiedJedis jedis = new UnifiedJedis("redis://localhost:6379");


        boolean res1 = jedis.setbit("pings:2024-01-01-00:00", 123, true);
        System.out.println(res1); // >>> false

        boolean res2 = jedis.getbit("pings:2024-01-01-00:00", 123);
        System.out.println(res2); // >>> true

        boolean res3 = jedis.getbit("pings:2024-01-01-00:00", 456);
        System.out.println(res3); // >>> false


        long res4 = jedis.bitcount("pings:2024-01-01-00:00");
        System.out.println(res4); // >>> 1


        jedis.close();
    }
}

package example_commands_test

import (
	"context"
	"fmt"

	"github.com/redis/go-redis/v9"
)


func ExampleClient_ping() {
	ctx := context.Background()

	rdb := redis.NewClient(&redis.Options{
		Addr:     "localhost:6379",
		Password: "", // no password docs
		DB:       0,  // use default DB
	})


	res1, err := rdb.SetBit(ctx, "pings:2024-01-01-00:00", 123, 1).Result()

	if err != nil {
		panic(err)
	}

	fmt.Println(res1) // >>> 0

	res2, err := rdb.GetBit(ctx, "pings:2024-01-01-00:00", 123).Result()

	if err != nil {
		panic(err)
	}

	fmt.Println(res2) // >>> 1

	res3, err := rdb.GetBit(ctx, "pings:2024-01-01-00:00", 456).Result()

	if err != nil {
		panic(err)
	}

	fmt.Println(res3) // >>> 0

}

func ExampleClient_bitcount() {
	ctx := context.Background()

	rdb := redis.NewClient(&redis.Options{
		Addr:     "localhost:6379",
		Password: "", // no password docs
		DB:       0,  // use default DB
	})


	res4, err := rdb.BitCount(ctx, "pings:2024-01-01-00:00",
		&redis.BitCount{
			Start: 0,
			End:   456,
		}).Result()

	if err != nil {
		panic(err)
	}

	fmt.Println(res4) // >>> 1

}


using NRedisStack.Tests;
using StackExchange.Redis;



public class Bitmap_tutorial
{
    public void run()
    {
        var muxer = ConnectionMultiplexer.Connect("localhost:6379");
        var db = muxer.GetDatabase();


        bool res1 = db.StringSetBit("pings:2024-01-01-00:00", 123, true);
        Console.WriteLine(res1);    // >>> 0

        bool res2 = db.StringGetBit("pings:2024-01-01-00:00", 123);
        Console.WriteLine(res2);    // >>> True

        bool res3 = db.StringGetBit("pings:2024-01-01-00:00", 456);
        Console.WriteLine(res3);    // >>> False

        // Tests for 'ping' step.


        bool res4 = db.StringSetBit("pings:2024-01-01-00:00", 123, true);
        long res5 = db.StringBitCount("pings:2024-01-01-00:00");
        Console.WriteLine(res5);    // >>> 1

        // Tests for 'bitcount' step.


    }
}

例如，假设您想知道您的网站用户的最长连续访问天数。您从零开始计算天数，即您发布网站的那一天，并且每次用户访问网站时，都使用 SETBIT 设置一个位。作为位索引，您只需获取当前的 Unix 时间，减去初始偏移量，然后除以一天中的秒数（通常为 3600*24）。

这样，对于每个用户，您都会有一个包含每天访问信息的小字符串。使用 BITCOUNT 可以轻松获取给定用户访问网站的天数，而通过几次 BITPOS 调用，或者简单地在客户端获取和分析位图，可以轻松计算出最长连续访问天数。

位图很容易拆分成多个键，例如为了分片数据集，并且通常最好避免处理巨大的键。要将位图拆分到不同的键中，而不是将所有位设置到一个键中，一个简单的方法是每个键存储 M 个位，并使用 bit-number/M 获取键名，使用 bit-number MOD M 获取键内寻址的第 N 个位。

性能

SETBIT 和 GETBIT 的复杂度是 O(1)。BITOP 的复杂度是 O(n)，其中 n 是比较中最长字符串的长度。

了解更多

Redis Bitmaps Explained 教学视频讲解如何在在线游戏中使用位图进行地图探索。
Redis 大学 RU101 详细介绍了 Redis 位图。

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