Redis实战 - 08 Redis 的 BitMaps 位图命令

现代计算机用二进制位作为信息的基础单位，1个字节等位8位，例如 big 字符串是由3个字节组成，但实际在计算机存储时将其用二进制表示，big 分别对应的ASCII码分别是98、105、103，对应的二进制分别是01100010、01101001和01100111，如下图：

Bitmaps本身不是一种数据类型， 实际上它就是字符串，但是它可以对字符串的位进行操作。可以把 Bitmaps 想象成一个以位为单位的数组，数组的每个单元只能存储0和1，数组的下标在 Bitmaps 中叫做偏移量。

合理地使用位能够有效地提高内存使用率和开发效率，很适合用于签到这类场景。比如按月进行存储，一个月最多31天，那么我们将该月用户的签到缓存二进制就是 00000000000000000000000000000000，当某天签到将0改成1即可，而且 Redis 提供 对bitmap 的很多操作比如存储、获取、统计等指令，使用起来非常方便。

1. getbit key offset

获取位图指定索引的值：

127.0.0.1:6379> flushall
OK
127.0.0.1:6379> set hello big
OK
127.0.0.1:6379> getbit hello 0
(integer) 0
127.0.0.1:6379> getbit hello 15
(integer) 1
127.0.0.1:6379> getbit hello 10
(integer) 1
127.0.0.1:6379> 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

2. setbit key offset value

给位图指定索引设置值，返回该索引位置的原始值：

127.0.0.1:6379> flushall
OK
127.0.0.1:6379> set hello big
OK
127.0.0.1:6379> getbit hello 7
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit hello 7 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> getbit hello 7
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get hello
"cig"
127.0.0.1:6379>
1
2
3
4
5
6
7
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9
10
11
12
13

3. bitcount key [start end]

获取位图指定范围（start到end，单位为字节，如果不指定就是获取全部）位值为1的个数：

默认情况下整个字符串都会被进行计数，通过指定额外的 start 或 end 参数，可以让计数只在特定的位上进行。start、end 是指 bit 组的字节的下标数，二者皆包含。

127.0.0.1:6379> flushall
OK
127.0.0.1:6379> set hello big
OK
127.0.0.1:6379> bitcount hello
(integer) 12
127.0.0.1:6379> getbit hello 7
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit hello 7 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> bitcount hello 
(integer) 13
127.0.0.1:6379> bitcount hello 0 1
(integer) 8
127.0.0.1:6379> bitcount hello 0 2
(integer) 13
127.0.0.1:6379> bitcount hello 1 1
(integer) 4
127.0.0.1:6379> bitcount hello 1 2
(integer) 9
127.0.0.1:6379> bitcount hello 2 2
(integer) 5
127.0.0.1:6379> 
1
2
3
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4. bitop and|or|not|xor destkey key [key…]

做多个bitmap的and（交集）、or（并集）、not（非）、xor（异或）操作并将结果保存到 destkey 中：

127.0.0.1:6379> flushall
OK
127.0.0.1:6379> set hello big
OK
127.0.0.1:6379> set world big
OK
127.0.0.1:6379> bitop and destkey hello world
(integer) 3
127.0.0.1:6379> bitop or destkey hello world
(integer) 3
127.0.0.1:6379> get destkey
"big"
127.0.0.1:6379> bitop not destkey hello
(integer) 3
127.0.0.1:6379> get destkey
"\x9d\x96\x98"
127.0.0.1:6379> bitop xor destkey hello world
(integer) 3
127.0.0.1:6379> get destkey
"\x00\x00\x00"
127.0.0.1:6379>
1
2
3
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5. bitpos key bit [start] [end]

返回字符串里面第一个被设置为1或者0的bit位：

默认情况下整个字符串都会被检索一次，只有在指定start和end参数(指定start和end位是可行的)，该范围被解释为一个字节的范围，而不是一系列的位。所以start=0 并且 end=2是指前三个字节范围内查找。

127.0.0.1:6379> flushall
OK
127.0.0.1:6379> set hello big
OK
127.0.0.1:6379> bitpos hello 1
(integer) 1
# 查找字符串里面bit值为0的位置
127.0.0.1:6379> bitpos hello 0
(integer) 0
# 从第1个字节开始的位置，查找字符串里面bit值为0的位置
127.0.0.1:6379> bitpos hello 0 1
(integer) 8
# 第2个字节开始的位置，查找字符串里面bit值为1的位置 
127.0.0.1:6379> bitpos hello 1 2
(integer) 17
# 第0个字节开始到第1个字节结束的位置，查找字符串里面bit值为1的位置
127.0.0.1:6379> bitpos hello 1 0 1
(integer) 1
127.0.0.1:6379>
1
2
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6. BITFIELD key [GET type offset] [SET type offset value] [INCRBY type offset increment]

BITFIELD 命令可以将一个 Redis 字符串看作是一个由二进制位组成的数组， 并对这个数组中储存的长度不同的整数进行访问 （被储存的整数无需进行对齐）。 换句话说， 通过这个命令， 用户可以执行诸如 “对偏移量 1234 上的 5 位长有符号整数进行设置”、 “获取偏移量 4567 上的 31 位长无符号整数”等操作。 此外， BITFIELD 命令还可以对指定的整数执行加法操作和减法操作， 并且这些操作可以通过设置妥善地处理计算时出现的溢出情况。

BITFIELD 命令可以在一次调用中同时对多个位范围进行操作： 它接受一系列待执行的操作作为参数， 并返回一个数组作为回复， 数组中的每个元素就是对应操作的执行结果。

一次对多个位范围进行操作。bitfield 有三个子指令，分别是 get/set/incrby。每个指令都可以对指定片段做操作。

子命令：GET —— 返回指定的二进制位范围。

bitfield key get type offset

# 类型u代表无符号十进制，i代表带符号十进制
# 从偏移量offset=0开始取3位，获取无符号整数的值（将前3位二进制011转为无符号10进制返回）
127.0.0.1:6379> bitfield hello get u3 0
1) (integer) 3
# 从偏移量offset=0开始取4位，获取无符号整数的值（将前4位二进制0110转为无符号10进制返回）
127.0.0.1:6379> bitfield hello get u4 0
1) (integer) 6
# 从偏移量offset=0开始取5位，获取无符号整数的值（将前5位二进制01100转为无符号10进制返回）
127.0.0.1:6379> bitfield hello get u5 0
1) (integer) 12
# 从偏移量offset=1开始取2位，获取无符号整数的值（11前面补0，就是0011，转为无符号10进制返回）
127.0.0.1:6379> bitfield hello get u2 1
1) (integer) 3
# 从偏移量offset=0开始取2位，获取带符号整数的值（01前面补0，就是0001，转为带符号10进制返回）
127.0.0.1:6379> bitfield hello get i2 0
1) (integer) 1
127.0.0.1:6379> 
1
2
3
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6
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子命令：SET —— 对指定的二进制位范围进行设置，并返回它的旧值。

bitfield key set type offset value

# 从偏移量offset=0开始取3位，设置为无符号的整数5并返回旧值
127.0.0.1:6379> bitfield hello set u3 0 5
1) (integer) 3
127.0.0.1:6379> bitfield hello get u3 0
1) (integer) 5
# 从偏移量offset=0开始取4位，设置为无符号的整数6并返回旧值
127.0.0.1:6379> bitfield hello set u4 0 6
1) (integer) 10
127.0.0.1:6379> bitfield hello get u4 0
1) (integer) 6
# 从偏移量offset=0开始取4位，设置为带符号的整数5并返回旧值
127.0.0.1:6379> bitfield hello set i4 0 5
1) (integer) 6
127.0.0.1:6379> bitfield hello get i4 0
1) (integer) 5

1
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子命令：INCRBY —— 对指定的二进制位范围执行加法操作，并返回它的旧值。用户可以通过向 increment 参数传入负值来实现相应的减法操作。

bitfield key incrby type offset increment

# 从偏移量offset=0开始取4位，获取无符号整数的值
# 从偏移量offset=6开始取4位，设置为无符号的整数6 
# 从偏移量offset=4开始取4位，获取无符号整数的值并自增1
127.0.0.1:6379> bitfield hello get u4 0 set u4 4 6 incrby u4 4 1
1) (integer) 5
2) (integer) 2
3) (integer) 7
1
2
3
4
5
6
7

# 从偏移量offset=0开始取4位，获取无符号整数的值
127.0.0.1:6379>  bitfield hello get u4 0
1) (integer) 5
# 从偏移量offset=4开始取4位，设置为无符号整数6
127.0.0.1:6379>  bitfield hello set u4 4 6
1) (integer) 7
# 从偏移量offset=4开始取4位，获取无符号整数的值并自增1
127.0.0.1:6379> bitfield hello incrby u4 4 1
1) (integer) 7
# 从偏移量offset=4开始取4位，获取无符号整数的值
127.0.0.1:6379> bitfield hello get u4 4
1) (integer) 7
# 从偏移量offset=4开始取4位，获取无符号整数的值并自增1
127.0.0.1:6379> bitfield hello get u4 4 incrby u4 4 1
1) (integer) 7
2) (integer) 8
# 从偏移量offset=0开始取4位，获取无符号整数的值
127.0.0.1:6379> bitfield hello get u4 4
1) (integer) 8
127.0.0.1:6379>
1
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3
4
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6
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