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這篇文章將為大家詳細講解有關(guān)Redis中怎么利用Bitmap實現(xiàn)一個用戶簽到功能,文章內(nèi)容質(zhì)量較高,因此小編分享給大家做個參考,希望大家閱讀完這篇文章后對相關(guān)知識有一定的了解。
對于用戶簽到數(shù)據(jù),如果直接采用數(shù)據(jù)庫存儲,當(dāng)出現(xiàn)高并發(fā)訪問時,對數(shù)據(jù)庫壓力會很大,例如雙十一簽到活動。這時候應(yīng)該采用緩存,以減輕數(shù)據(jù)庫的壓力,Redis是高性能的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫,適用于這樣的場景。
如果采用String類型保存,當(dāng)用戶數(shù)量大時,內(nèi)存開銷就非常大。
如果采用集合類型保存,例如Set、Hash,查詢用戶某個范圍的數(shù)據(jù)時,查詢效率又不高。
Redis提供的數(shù)據(jù)類型BitMap(位圖),每個bit位對應(yīng)0和1兩個狀態(tài)。雖然內(nèi)部還是采用String類型存儲,但Redis提供了一些指令用于直接操作BitMap,可以把它看作一個bit數(shù)組,數(shù)組的下標就是偏移量。
它的優(yōu)點是內(nèi)存開銷小,效率高且操作簡單,很適合用于簽到這類場景。缺點在于位計算和位表示數(shù)值的局限。如果要用位來做業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)記錄,就不要在意value的值。
Redis提供了以下幾個指令用于操作BitMap:
命令 | 說明 | 可用版本 | 時間復(fù)雜度 |
---|---|---|---|
SETBIT | 對 key 所儲存的字符串值,設(shè)置或清除指定偏移量上的位(bit)。 | >= 2.2.0 | O(1) |
GETBIT | 對 key 所儲存的字符串值,獲取指定偏移量上的位(bit)。 | >= 2.2.0 | O(1) |
BITCOUNT | 計算給定字符串中,被設(shè)置為 1 的比特位的數(shù)量。 | >= 2.6.0 | O(N) |
BITPOS | 返回位圖中第一個值為 bit 的二進制位的位置。 | >= 2.8.7 | O(N) |
BITOP | 對一個或多個保存二進制位的字符串 key 進行位元操作。 | >= 2.6.0 | O(N) |
BITFIELD | BITFIELD 命令可以在一次調(diào)用中同時對多個位范圍進行操作。 | >= 3.2.0 | O(1) |
考慮到每月要重置連續(xù)簽到次數(shù),最簡單的方式是按用戶每月存一條簽到數(shù)據(jù)。Key的格式為 u:sign:{uid}:{yyyMM},而Value則采用長度為4個字節(jié)的(32位)的BitMap(最大月份只有31天)。BitMap的每一位代表一天的簽到,1表示已簽,0表示未簽。
例如 u:sign:1225:202101 表示ID=1225的用戶在2021年1月的簽到記錄
# 用戶1月6號簽到 SETBIT u:sign:1225:202101 5 1 # 偏移量是從0開始,所以要把6減1 # 檢查1月6號是否簽到 GETBIT u:sign:1225:202101 5 # 偏移量是從0開始,所以要把6減1 # 統(tǒng)計1月份的簽到次數(shù) BITCOUNT u:sign:1225:202101 # 獲取1月份前31天的簽到數(shù)據(jù) BITFIELD u:sign:1225:202101 get u31 0 # 獲取1月份首次簽到的日期 BITPOS u:sign:1225:202101 1 # 返回的首次簽到的偏移量,加上1即為當(dāng)月的某一天
示例代碼
using StackExchange.Redis; using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; /** * 基于Redis Bitmap的用戶簽到功能實現(xiàn)類 * * 實現(xiàn)功能: * 1. 用戶簽到 * 2. 檢查用戶是否簽到 * 3. 獲取當(dāng)月簽到次數(shù) * 4. 獲取當(dāng)月連續(xù)簽到次數(shù) * 5. 獲取當(dāng)月首次簽到日期 * 6. 獲取當(dāng)月簽到情況 */ public class UserSignDemo { private IDatabase _db; public UserSignDemo(IDatabase db) { _db = db; } /** * 用戶簽到 * * @param uid 用戶ID * @param date 日期 * @return 之前的簽到狀態(tài) */ public bool DoSign(int uid, DateTime date) { int offset = date.Day - 1; return _db.StringSetBit(BuildSignKey(uid, date), offset, true); } /** * 檢查用戶是否簽到 * * @param uid 用戶ID * @param date 日期 * @return 當(dāng)前的簽到狀態(tài) */ public bool CheckSign(int uid, DateTime date) { int offset = date.Day - 1; return _db.StringGetBit(BuildSignKey(uid, date), offset); } /** * 獲取用戶簽到次數(shù) * * @param uid 用戶ID * @param date 日期 * @return 當(dāng)前的簽到次數(shù) */ public long GetSignCount(int uid, DateTime date) { return _db.StringBitCount(BuildSignKey(uid, date)); } /** * 獲取當(dāng)月連續(xù)簽到次數(shù) * * @param uid 用戶ID * @param date 日期 * @return 當(dāng)月連續(xù)簽到次數(shù) */ public long GetContinuousSignCount(int uid, DateTime date) { int signCount = 0; string type = $"u{date.Day}"; // 取1號到當(dāng)天的簽到狀態(tài) RedisResult result = _db.Execute("BITFIELD", (RedisKey)BuildSignKey(uid, date), "GET", type, 0); if (!result.IsNull) { var list = (long[])result; if (list.Length > 0) { // 取低位連續(xù)不為0的個數(shù)即為連續(xù)簽到次數(shù),需考慮當(dāng)天尚未簽到的情況 long v = list[0]; for (int i = 0; i < date.Day; i++) { if (v >> 1 << 1 == v) { // 低位為0且非當(dāng)天說明連續(xù)簽到中斷了 if (i > 0) break; } else { signCount += 1; } v >>= 1; } } } return signCount; } /** * 獲取當(dāng)月首次簽到日期 * * @param uid 用戶ID * @param date 日期 * @return 首次簽到日期 */ public DateTime? GetFirstSignDate(int uid, DateTime date) { long pos = _db.StringBitPosition(BuildSignKey(uid, date), true); return pos < 0 ? null : date.AddDays(date.Day - (int)(pos + 1)); } /** * 獲取當(dāng)月簽到情況 * * @param uid 用戶ID * @param date 日期 * @return Key為簽到日期,Value為簽到狀態(tài)的Map */ public Dictionary<string, bool> GetSignInfo(int uid, DateTime date) { Dictionary<string, bool> signMap = new Dictionary<string, bool>(date.Day); string type = $"u{GetDayOfMonth(date)}"; RedisResult result = _db.Execute("BITFIELD", (RedisKey)BuildSignKey(uid, date), "GET", type, 0); if (!result.IsNull) { var list = (long[])result; if (list.Length > 0) { // 由低位到高位,為0表示未簽,為1表示已簽 long v = list[0]; for (int i = GetDayOfMonth(date); i > 0; i--) { DateTime d = date.AddDays(i - date.Day); signMap.Add(FormatDate(d, "yyyy-MM-dd"), v >> 1 << 1 != v); v >>= 1; } } } return signMap; } private static string FormatDate(DateTime date) { return FormatDate(date, "yyyyMM"); } private static string FormatDate(DateTime date, string pattern) { return date.ToString(pattern); } /** * 構(gòu)建簽到Key * * @param uid 用戶ID * @param date 日期 * @return 簽到Key */ private static string BuildSignKey(int uid, DateTime date) { return $"u:sign:{uid}:{FormatDate(date)}"; } /** * 獲取月份天數(shù) * * @param date 日期 * @return 天數(shù) */ private static int GetDayOfMonth(DateTime date) { if (date.Month == 2) { return 28; } if (new int[] { 1, 3, 5, 7, 8, 10, 12 }.Contains(date.Month)) { return 31; } return 30; } static void Main(string[] args) { ConnectionMultiplexer connection = ConnectionMultiplexer.Connect("192.168.0.104:7001,password=123456"); UserSignDemo demo = new UserSignDemo(connection.GetDatabase()); DateTime today = DateTime.Now; int uid = 1225; { // doSign bool signed = demo.DoSign(uid, today); if (signed) { Console.WriteLine("您已簽到:" + FormatDate(today, "yyyy-MM-dd")); } else { Console.WriteLine("簽到完成:" + FormatDate(today, "yyyy-MM-dd")); } } { // checkSign bool signed = demo.CheckSign(uid, today); if (signed) { Console.WriteLine("您已簽到:" + FormatDate(today, "yyyy-MM-dd")); } else { Console.WriteLine("尚未簽到:" + FormatDate(today, "yyyy-MM-dd")); } } { // getSignCount long count = demo.GetSignCount(uid, today); Console.WriteLine("本月簽到次數(shù):" + count); } { // getContinuousSignCount long count = demo.GetContinuousSignCount(uid, today); Console.WriteLine("連續(xù)簽到次數(shù):" + count); } { // getFirstSignDate DateTime? date = demo.GetFirstSignDate(uid, today); if (date.HasValue) { Console.WriteLine("本月首次簽到:" + FormatDate(date.Value, "yyyy-MM-dd")); } else { Console.WriteLine("本月首次簽到:無"); } } { // getSignInfo Console.WriteLine("當(dāng)月簽到情況:"); Dictionary<string, bool> signInfo = new Dictionary<string, bool>(demo.GetSignInfo(uid, today)); foreach (var entry in signInfo) { Console.WriteLine(entry.Key + ": " + (entry.Value ? "√" : "-")); } } } }
運行結(jié)果
統(tǒng)計活躍用戶:把日期作為Key,把用戶ID作為offset,1表示當(dāng)日活躍,0表示當(dāng)日不活躍。還能使用位計算得到日活、月活、留存率等數(shù)據(jù)。
用戶在線狀態(tài):跟統(tǒng)計活躍用戶一樣。
位圖優(yōu)點是內(nèi)存開銷小,效率高且操作簡單;缺點是位計算和位表示數(shù)值的局限。
位圖適合二元狀態(tài)的場景,例如用戶簽到、在線狀態(tài)等場景。
String類型最大長度為512M。 注意SETBIT時的偏移量,當(dāng)偏移量很大時,可能會有較大耗時。 位圖不是絕對的好,有時可能更浪費空間。
如果位圖很大,建議分拆鍵。如果要使用BITOP,建議讀取到客戶端再進行位計算。
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