使用BitMap实现用户签到功能

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2.4k 词

什么是BitMap

所谓 BitMap 就是用一个 bit 位来标记某个元素对应的 value，而 key 即是这个元素。由于采用bit为单位来存储数据，因此在可以大大的节省存储空间。

优点：

  • 效率高，不许进行比较和移位
  • 占用内存少，比如N=10000000;只需占用内存为N/8 = 1250000Bytes = 1.2M，如果采用int数组存储，则需要38M多

缺点：

  • 无法对存在重复的数据进行排序和查找

为什么选择BitMap

假如我们用下面这样一张表来存储用户的签到信息

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CREATE TABLE `tb_sign`  (
  `id` bigint(20) UNSIGNED NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
  `user_id` bigint(20) UNSIGNED NOT NULL COMMENT '用户id',
  `year` year NOT NULL COMMENT '签到的年',
  `month` tinyint(2) NOT NULL COMMENT '签到的月',
  `date` date NOT NULL COMMENT '签到的日期',
  `is_backup` tinyint(1) UNSIGNED NULL DEFAULT NULL COMMENT '是否补签',
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 1 CHARACTER SET = utf8mb4 COLLATE = utf8mb4_general_ci ROW_FORMAT = Compact

每签到一次需要使用(8 + 8 + 1 + 1 + 3 + 1)共22字节的内存，一个月则最多需要600多字节

那么，如果用BitMap呢？
我们按越来统计用户签到信息，签到记为1，未签到则记为0
把每一个bit位对应当月的每一天，形成映射关系。
每个用户每个月仅消耗4字节不到！

如何实现BitMap

Redis是利用string类型数据结构实现BitMap，因此最大上限是512M，转换为bit则是2 ^ 32 个bit位。
常用的指令有如下：

  • SETBIT：向指定位置（offset）存入一个0或1
  • GETBIT ：获取指定位置（offset）的bit值
  • BITCOUNT ：统计BitMap中值为1的bit位的数量
  • BITFIELD ：操作（查询、修改、自增）BitMap中bit数组中的指定位置（offset）的值
  • BITFIELD_RO ：获取BitMap中bit数组，并以十进制形式返回
  • BITOP ：将多个BitMap的结果做位运算（与 、或、异或）
  • BITPOS ：查找bit数组中指定范围内第一个0或1出现的位置

怎么用BitMap实现签到

实现签到功能时，业务流程如下：

  1. 获取当前登录用户
  2. 获取日期
  3. 拼接key
  4. 获取今天是本月第几天
  5. 写入redis SETBIT key offset 1|0

代码

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@Override
public void sign() {
    // 获取当前用户
    Long userId = UserHolder.getUser().getId();
    // 获取日期
    LocalDateTime curTime = LocalDateTime.now();
    // 拼接key
    String key = RedisConstants.USER_SIGN_KEY +
            userId +
            curTime.format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy:MM"));
    // 获取是第几天
    int offsetDay = curTime.getDayOfMonth() - 1;
    // 写入Redis SETBIT key offset 1
    stringRedisTemplate.opsForValue().setBit(key, offsetDay, true);
}

怎么统计连续签到天数

先获取这个月的签到数据，然后从前往后统计
实现很简单，直接上代码了

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@Override
public Integer signCount() {
    // 获取本月今天为止的所有签到记录
    // 获取当前用户
    Long userId = UserHolder.getUser().getId();
    // 获取日期
    LocalDateTime curTime = LocalDateTime.now();
    // 拼接key
    String key = RedisConstants.USER_SIGN_KEY +
            userId +
            curTime.format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy:MM"));
    // 获取是第几天
    int offsetDay = curTime.getDayOfMonth();
    List<Long> result = stringRedisTemplate.opsForValue().bitField(
            key,
            BitFieldSubCommands.create().get(BitFieldSubCommands.BitFieldType.unsigned(offsetDay)).valueAt(0)
    );
    // 得到最后有多少连续0
    if (result == null || result.isEmpty()) return 0;
    Long num = result.get(0);
    if (num == null || num == 0) return 0;
    int cnt = 0;
    while ((num & 1) == 1) {
        num >>>= 1; // 无论正负，高位都是补0
        cnt++;
    }
    return cnt;
}

这个功能有个bug，无法统计这个月之前的签到天数

于是，签到功能就写完啦