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這篇文章主要介紹“如何使用redis的bit位操作”的相關(guān)知識(shí),小編通過(guò)實(shí)際案例向大家展示操作過(guò)程,操作方法簡(jiǎn)單快捷,實(shí)用性強(qiáng),希望這篇“如何使用redis的bit位操作”文章能幫助大家解決問(wèn)題。
本文redis試驗(yàn)代碼基于如下環(huán)境:
操作系統(tǒng):Mac OS 64位
版本:Redis 5.0.7 64 bit
運(yùn)行模式:standalone mode
redis位操作
reids位操作也叫位數(shù)組操作、bitmap,它提供了SETBIT、GETBIT、BITCOUNT、BITTOP四個(gè)命令用于操作二進(jìn)制位數(shù)組。
先來(lái)看一波基本操作示例
SETBIT
語(yǔ)法:SETBIT key offset value
即:命令 key 偏移量 0/1
setbit命令用于寫入位數(shù)組指定偏移量的二進(jìn)制位設(shè)置值,偏移量從0開始計(jì)數(shù),且只允許寫入1或者0,如果寫入非0和1的值則寫入失?。?/p>
GETBIT
語(yǔ)法:GETBIT key offset
即:命令 key 偏移量
gitbit命令用于獲取位數(shù)組指定偏移量上的二進(jìn)制值:
BITCOUNT
語(yǔ)法:BITCOUNT key
即:命令 key
bitcount命令用于獲取指定key的位數(shù)組中值為1的二進(jìn)制位的數(shù)量,之前我們寫入了偏移量0的值為1,偏移量10 的值為1,偏移量8的值為0:
BITOP
語(yǔ)法:BITOP operation destkey key [key...]
即:命令 操作 結(jié)果目標(biāo)key key1 key2 ...
bitop命令可以對(duì)多個(gè)位數(shù)組的key進(jìn)行and(按位與)、or(按位或)、xor(按位異或)運(yùn)算,并將運(yùn)算結(jié)果設(shè)置到destkey中:
底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析
SDS是redis中的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),叫做簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)字符串(Simple Dynamic String),并且它是一種二進(jìn)制安全的,在大多數(shù)的情況下redis中的字符串都用SDS來(lái)存儲(chǔ)。
SDS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):
struct sdshdr { #記錄buff數(shù)組中已使用字節(jié)的數(shù)量 #也是SDS所保存字符串的長(zhǎng)度 int len; #記錄buff數(shù)組中未使用字節(jié)的數(shù)量 int free; #字節(jié)數(shù)組,字符串就存儲(chǔ)在這個(gè)數(shù)組里 char buff[]; }
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)示例:
圖片來(lái)源《redis設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》
SDS的優(yōu)點(diǎn):
鴻蒙官方戰(zhàn)略合作共建——HarmonyOS技術(shù)社區(qū)
時(shí)間復(fù)雜度為O(1)
杜絕緩沖區(qū)溢出
減少修改字符串長(zhǎng)度時(shí)候所需的內(nèi)存重分配次數(shù)
二進(jìn)制安全的API操作
兼容部分C字符串函數(shù)
關(guān)于SDS的詳細(xì)介紹請(qǐng)大家參閱《redis設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》一文。
redis中的位數(shù)組采用的是String字符串?dāng)?shù)據(jù)格式來(lái)存儲(chǔ),而字符串對(duì)象使用的正是上文說(shuō)的SDS簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)字符串?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
圖片來(lái)源《redis設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》
大家都知道的是一個(gè)字節(jié)用的是8個(gè)二進(jìn)制位來(lái)存儲(chǔ)的,也就是8個(gè)0或者1,即一個(gè)字節(jié)可以存儲(chǔ)十進(jìn)制0~127的數(shù)字,也即包含了所有的數(shù)字、英文大小寫字母以及標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。
1Byte=8bit
1KB=1024Byte
1MB=1024KB
1GB=1024MB
位數(shù)組在redis存儲(chǔ)世界里,每一個(gè)字節(jié)也是8位,初始都是:
0 0 0 0 0 0 0 0
而位操作就是在對(duì)應(yīng)的offset偏移量上設(shè)置0或者1,比如將第3位設(shè)置為1,即:
0 0 0 0 1 0 0 0 #對(duì)應(yīng)redis操作即: setbit key 3 1
在此基礎(chǔ)上,如果要在偏移量為13的位置設(shè)置1,即:
setbit key 13 1 #對(duì)應(yīng)redis中的存儲(chǔ)為: 0 0 1 0 | 0 0 0 0 | 0 0 0 0 | 1 0 0 0
時(shí)間復(fù)雜度
GETBIT命令時(shí)間復(fù)雜度O(1)
STEBIT命令時(shí)間復(fù)雜度O(1)
BITCOUNT命令時(shí)間復(fù)雜度O(n)
BITOP命令時(shí)間復(fù)雜度O(n)、O(n2)
我們來(lái)看GETBIT以及SETBIT命令的時(shí)間復(fù)雜度為什么是O(1),當(dāng)我們執(zhí)行一個(gè)SETBIT key 10086 1的值的時(shí)候,reids的計(jì)算方式如下:
獲取到要寫入位數(shù)組中的哪個(gè)字節(jié):10086÷8=1260,需要寫入到位數(shù)組的下標(biāo)1260的字節(jié)
獲取要寫入到這個(gè)字節(jié)的第幾位:10086 mod 8 = 6,需要寫入到這個(gè)字節(jié)的下標(biāo)為6即第7位上去。
通過(guò)這兩種計(jì)算方式大家可以清晰的看到,位操作的GETBIT和SETBIT都是常量計(jì)算,因此它的時(shí)間復(fù)雜度為O(1)。
而BITCOUNT命令需要對(duì)整個(gè)位數(shù)組的所有元素進(jìn)行遍歷算出值為1的有多少個(gè),當(dāng)然redis對(duì)于大數(shù)據(jù)了的bit執(zhí)行bitcount命令會(huì)有一整套復(fù)雜的優(yōu)化的算法,但是核心思路還是這個(gè)意思,無(wú)非是減少部分遍歷查詢次數(shù)。比如以128位為一次遍歷,那么他的遍歷次數(shù)就是所有的位數(shù)除以128。
BITTOP命令則是根據(jù)不同的操作有不同的執(zhí)行方式。比如AND操作,則需要查看位值為1的即可。
存儲(chǔ)空間計(jì)算
根據(jù)上面的介紹,相信大家已經(jīng)知道了基于redis的位數(shù)組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)占用內(nèi)存大小是怎么計(jì)算的了。比如有100億的數(shù)據(jù),那么它需要的字節(jié)數(shù)組:
1000000000÷8÷1024÷1024≈119.21MB
也就是存儲(chǔ)10億的數(shù)據(jù)只需要119MB左右的內(nèi)存空間,這對(duì)于現(xiàn)在動(dòng)輒16G、32G集群版的redis,完全沒(méi)有問(wèn)題。
需要注意的是,如果你的數(shù)據(jù)量不大,那就不要把起始偏移量搞的很大,這樣也是占空間的,比如我們只需要存儲(chǔ)幾百條數(shù)據(jù),但是其中的偏移量卻很大,這就會(huì)造成了很大的內(nèi)存空間浪費(fèi)。
應(yīng)用場(chǎng)景
實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)中有很多業(yè)務(wù)都適合采用redis的bit來(lái)實(shí)現(xiàn)。
用戶簽到場(chǎng)景
每天的日期字符串作為一個(gè)key,用戶Id作為offset,統(tǒng)計(jì)每天用戶的簽到情況,總的用戶簽到數(shù)
活躍用戶數(shù)統(tǒng)計(jì)
用戶日活、月活、留存率等均可以用redis位數(shù)組來(lái)存儲(chǔ),還是以每天的日期作為key,用戶活躍了就寫入offset為用戶id的位值1。
同理月活也是如此。
用戶是否在線以及總在線人數(shù)統(tǒng)計(jì)
同樣是使用一個(gè)位數(shù)組,用戶的id映射偏移量,在線標(biāo)識(shí)為1,下線標(biāo)識(shí)為0。即可實(shí)現(xiàn)用戶上下線查詢和總在線人數(shù)的統(tǒng)計(jì)
APP內(nèi)用戶的全局消息提示小紅點(diǎn)
現(xiàn)在大多數(shù)的APP里都有站內(nèi)信的功能,當(dāng)有消息的時(shí)候,則提示一個(gè)小紅點(diǎn),代表用戶有新的消息。
關(guān)于“如何使用redis的bit位操作”的內(nèi)容就介紹到這里了,感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識(shí),可以關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道,小編每天都會(huì)為大家更新不同的知識(shí)點(diǎn)。
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