前言

Bitmap實際上并不是一種數(shù)據(jù)類型，而是定義在String類型上的面向位的操作。因為String是二進制安全的并且最大長度為512MB，所以String可以建立2^32個不同的位。位操作被分為兩種：

• 常數(shù)時間的單獨一個位的操作税弃，比如設(shè)置某個位的值為1或者0，或者或者某個位的值
• 對一組bit位的操作，例如在給定的位范圍內(nèi)計算被設(shè)置的bit數(shù)量（如人口統(tǒng)計）

Bitmap最大的一個優(yōu)點是當(dāng)存儲信息時可以節(jié)省極大的空間骏令。例如一個系統(tǒng)中的用戶ID由遞增的ID表示，只需使用512MB的內(nèi)存垄提，就可以記住40億用戶的單比特信息（例如榔袋，知道用戶是否想收到通訊）。

Bitmap使用SETBIT和GETBIT命令設(shè)置和獲取位的值：

> SETBIT key 10 1
> GETBIT key 10

SETBIT命令第一個參數(shù)表示需要被設(shè)置的位铡俐，第二個參數(shù)表示需要設(shè)置的值（1或者0）凰兑。需要注意的是，當(dāng)被設(shè)置的位超過字符串當(dāng)前的長度時审丘，SETBIT命令將會自動增加字符串的長度吏够。GETBIT返回指定位上的值，對于超過字符串當(dāng)前長度范圍的位，總是被視為0锅知。

Bitmap有三個命令是基于對一組位進行操作的命令:

1. BITOP：在不同字符串之間執(zhí)行逐位的操作播急，Redis提供的操作有的：AND，OR售睹，XOR
2. BITCOUNT：統(tǒng)計值為1的位數(shù)
3. BITPOS：獲取第一個被設(shè)置位0或者1的位

BITPOS和BITCOUNT都可以對字符串的字節(jié)范圍進行操作桩警，Bitmap的常見使用場景有：

• 各種實時分析
• 存儲與對象ID相關(guān)的布爾信息

比如想統(tǒng)計網(wǎng)站最長的用戶連續(xù)訪問天數(shù)，可以使用Bitmap昌妹，每個位的值作為該天是否訪問網(wǎng)站的標(biāo)志（第一位表示第一天捶枢，第二位表示第二天，以此類推）捺宗，每當(dāng)用戶訪問網(wǎng)站時可以使用SETBIT設(shè)置該天對應(yīng)的位為1柱蟀，最后統(tǒng)計連續(xù)設(shè)置為1的位的數(shù)量即可。使用BITCOUNT可以統(tǒng)計出用戶訪問網(wǎng)站的天數(shù)蚜厉，使用BITPOS即可統(tǒng)計出最長的連續(xù)訪問天數(shù)长已。為了分片數(shù)據(jù)集，最好避免使用大鍵昼牛，可以讓每個鍵存儲M個位术瓮，將（位數(shù)/M）的值與鍵名關(guān)聯(lián)，將（位數(shù)%M）可以獲取位數(shù)處于鍵內(nèi)的位置贰健。

下面是Bitmap相關(guān)命令胞四。

BITCOUNT key [ start end [ BYTE | BIT]]

• 可用版本： v2.6.0開始
• 歷史： 從v7.0.0開始增加BYTE|BIT選項
• 時間復(fù)雜度： O(N)
• 解釋： 計算字符串中被設(shè)置為1的位數(shù)。默認(rèn)情況下伶椿，字符串中所有的字節(jié)都會被檢查辜伟，可以通過start和end選項指定命令僅執(zhí)行于字符串的某個范圍內(nèi)（start和end可以為正數(shù)或者負(fù)數(shù)，整數(shù)表示以從頭到尾的順序計算脊另，反之負(fù)數(shù)表示叢尾到頭的順序計算导狡，-1表示最后一位，-2表示倒數(shù)第二位等等）偎痛。不存在的key被視為空字符串旱捧，命令將返回0。默認(rèn)情況下踩麦，start和end選項指明的是字節(jié)范圍枚赡，調(diào)用方可以通過BIT選項來指明位范圍。
• 返回值： Integer（整型）谓谦，返回被設(shè)置為1的位數(shù)贫橙。

BITFIELD key GET encoding offset | [OVERFLOW WRAP | SAT | FAIL] SET encoding offset value | INCRBY encoding offset increment [ GET encoding offset | [OVERFLOW WRAP | SAT | FAIL] SET encoding offset value | INCRBY encoding offset increment ...]

• 可用版本： v3.2.0開始

• 時間復(fù)雜度： 對于每個子命令的時間復(fù)雜度為O(1)

• 解釋： 此命令將Redis字符串視為一個bit數(shù)組，可以處理不同比特寬度的特定整數(shù)字段和任意非（必要）對齊的偏移反粥，例如可以將偏移量為1234的有符號5位整數(shù)設(shè)置為一個特定的值料皇，從偏移量4567檢索到一個31位無符號整數(shù)谓松，同樣此命令也可以處理指定偏移量整數(shù)的增量和減量，提供用戶可以配置的保證和明確指定的上溢和下溢行為践剂。BITFIELD可以在一次調(diào)用中使用多個位字段鬼譬，并返滬一個回復(fù)數(shù)組，每個數(shù)組對應(yīng)相應(yīng)順序的操作結(jié)果逊脯。BITFIELD支持的子命令有:

  • SET encoding offset value 設(shè)置指定位字段同時返回這些字段的舊值
  • GET encoding offset 返回指定位字段的值
  • INCRBY encoding offset increment 增加或者減少（如果給定的增量為負(fù)數(shù)）指定位字段同時返回操作后的新值
  • OVERFLOW [WARP|SAT|FAIL] 此子命令通過設(shè)置溢出行為來改變連續(xù)的INCRBY和SET子命令溢出時的調(diào)用行為优质，需要注意的是OVERFLOW只影響子命令列表中位于其之后的SET和INCRBY子命令，直到下一個OVERFLOW語句军洼。
    1. WARP： 針對有符號和無符號的整數(shù)巩螃，在無符號整數(shù)的情況下，WARP就像對整數(shù)所能包含的最大值進行模數(shù)化操作（C的標(biāo)準(zhǔn)行為）匕争。對于有符號的整數(shù)避乏，WARP意味著溢出是朝著最負(fù)的值重新開始的，而溢出是朝著最正的值重新開始的甘桑，如果一個i8整數(shù)被設(shè)置為127拍皮，將其遞增1會產(chǎn)生-128
    2. SAT： 使用飽和算法，在下溢時跑杭，值被設(shè)置為最小的整數(shù)值铆帽，而在上溢時，則設(shè)置為最大的整數(shù)值德谅。例如爹橱，一個i8整數(shù)從值120開始增量為10，將導(dǎo)致值為127窄做，進一步增量將始終保持在127愧驱。同樣的情況也發(fā)生在下溢上，但是數(shù)值會被封鎖在最負(fù)的數(shù)值上
    3. FAIL： 不會對檢測到的上溢或下溢執(zhí)行任何操作椭盏。相應(yīng)的返回值設(shè)置為NULL以向調(diào)用者發(fā)出條件信號

  整數(shù)編碼（encoding）的可選值有：i表示有符號整數(shù)组砚，i16表示有符號的16位整數(shù)；u表示無符號整數(shù)庸汗，u8表示無符號的8位整數(shù)惫确，有符號整數(shù)支持的編碼最多為64位手报，無符號整數(shù)最多支持63位蚯舱。無符號整數(shù)的這種限制是由于目前Redis協(xié)議無法返回64位無符號整數(shù)作為回復(fù)。
  命令使用實例掩蛤；

    > BITFIELD mykey incrby u2 100 1 OVERFLOW SAT incrby u2 102 1
    1) (integer) 1
    2) (integer) 1
    > BITFIELD mykey incrby u2 100 1 OVERFLOW SAT incrby u2 102 1
    1) (integer) 2
    2) (integer) 2
    > BITFIELD mykey incrby u2 100 1 OVERFLOW SAT incrby u2 102 1
    1) (integer) 3
    2) (integer) 3
    > BITFIELD mykey incrby u2 100 1 OVERFLOW SAT incrby u2 102 1
    1) (integer) 0
    2) (integer) 3
  

• 返回值： Array（數(shù)組）枉昏，返回每個子命令的操作結(jié)果，結(jié)果順序與子命令順序一致揍鸟。OVERFLOW返回值為nil

BITFIELD_RO key GET encoding offset [ encoding offset ...]

• 可用版本： v6.2.0開始
• 時間復(fù)雜度： O(N)兄裂，N為子命令數(shù)量
• 解釋： BITFIELD命令的只讀形式句旱，不同的是BITFIELD_RO只接受GET子命令，并且可以安全在只讀副本集中晰奖。
• 返回值： Array（數(shù)組）谈撒，返回每個子命令的操作結(jié)果，結(jié)果順序與子命令順序一致

BITOP operation destkey key [key ...]

• 可用版本： v2.6.0開始
• 時間復(fù)雜度： O(N)
• 解釋： 在多個key之間執(zhí)行逐位地進行位操作匾南，并且將結(jié)果存儲進destkey中啃匿，BITOP支持的位操作命令有：AND、OR蛆楞、XOR溯乒、NOT（其中NOT操作只接受一個key）：
  • BITOP AND destkey srckey1 srckey2 srckey3 ... srckeyN
  • BITOP OR destkey srckey1 srckey2 srckey3 ... srckeyN
  • BITOP XOR destkey srckey1 srckey2 srckey3 ... srckeyN
  • BITOP NOT destkey srckey
    命令執(zhí)行時，對于長度不相同的字符串來說豹爹，Redis將會用0進行填充裆悄，使其長度達到最長字符串的長度；同時對于不存在的key臂聋，Redis也將其視為全為0的字符串
• 返回值： Integer（整型）光稼，返回存儲在目標(biāo)鍵中的字符串長度，該字符串長度等于輸入鍵中對應(yīng)的字符串中長度最長的值

BITPOS key bit [ start [ end [ BYTE | BIT]]]

• 可用版本： v2.8.7開始
• 歷史： 從v7.0.0開始增加BYTE和BIT選項
• 時間復(fù)雜度： O(N)
• 解釋： 返回字符串中第一個被設(shè)置為0或者1的位的位置逻住。此命令將字符串視為從左到右的位數(shù)組钟哥，其中第一個字節(jié)的最高有效位在位置0，第二個字節(jié)的最高有效位在位置8瞎访，依此類推腻贰。
  默認(rèn)情況下，字符串中包含的所有字節(jié)都將被檢查扒秸。調(diào)用方可以通過參數(shù)start和end播演，指明只在指定的區(qū)間內(nèi)查找位（也可以只傳遞start，操作將假定end是字符串的最后一個字節(jié)）伴奥。默認(rèn)情況下写烤，范圍被解釋為一個字節(jié)的范圍，而不是一個比特的范圍拾徙，所以start=0和end=2意味著查看前三個字節(jié)洲炊；可以使用可選的BIT修飾符來指定應(yīng)將范圍解釋為位范圍，當(dāng)使用BIT選項時尼啡，start=0和end=2表示看前三位暂衡。
  不存在的key將被視為空字符串；start和end的值既可以是正數(shù)也可以是負(fù)數(shù)崖瞭，正數(shù)表示從正序狂巢，反之為倒序。
• 返回值： Integer（整型）书聚，返回指定范圍內(nèi)第一個0或者1所在的位或者字節(jié)數(shù)唧领。

GETBIT key offset

• 可用版本： v2.2.0開始
• 時間復(fù)雜度： O(1)
• 解釋： 返回存儲在位置offset處的位值藻雌。當(dāng)offset超過字符串長度時，超出部分的字符串被假定為一個位值為0的連續(xù)空間斩个；當(dāng)key不存在時胯杭，它被假定為一個空字符串甘邀，因此偏移量總是超出范圍练俐，并且該值也被假定為一個以0填充的連續(xù)空間
• 返回值： Integer（整型），返回存儲在位置offset處的值

SETBIT key offset value

• 可用版本： v2.2.0開始
• 時間復(fù)雜度： O(1)
• 解釋： 設(shè)置或者清除offset處的位值激蹲，設(shè)置的值可以是0或者1腔呜。當(dāng)key不存在時叁温，將會創(chuàng)建一個新的字符串值，字符串的長度會自動增長（填充0）以確保它可以達到偏移量處的位置核畴。偏移量參數(shù)必須大于或等于0膝但，并且小于 2^32（因為Redis字符串長度限制位512MB）
• 返回值： Integer（整型），返回存儲在offset的舊值

參考資料

Redis Bitmap
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