Redis位图

位图(Bitmap)不是独立的数据类型，而是字符串类型的位操作扩展，支持高效的位级操作，适合统计、标记等场景。

结构概述

基本特点

- 字符串的位级操作扩展
- 每个bit可存储0或1
- 最大支持2^32个位（约512MB）
- 极节省内存空间
- 位操作原子性

位图示意

字符串：存储字节数组
位图：操作每个字节中的8个bit

字节0: [bit0][bit1][bit2][bit3][bit4][bit5][bit6][bit7]
字节1: [bit8][bit9][bit10][bit11][bit12][bit13][bit14][bit15]
...

每个bit可独立设置和获取

内存计算

1位 = 1bit
8位 = 1字节
1亿用户签到 ≈ 12.5MB（每用户1位）

对比传统存储：
Set存储1亿用户ID ≈ 数百MB
Bitmap存储1亿用户标记 ≈ 12.5MB

核心命令

SETBIT设置位

# 设置第offset位为value（0或1）
SETBIT key offset value

# 设置用户1000已签到（offset=1000）
SETBIT signin:2024:01:01 1000 1

# 返回：设置前的值（0或1）

GETBIT获取位

# 获取第offset位的值
GETBIT key offset

# 检查用户1000是否签到
GETBIT signin:2024:01:01 1000
# 返回: 1 或 0

BITCOUNT统计位

# 统计值为1的位数量
BITCOUNT key [start end]

# 统计全部
BITCOUNT signin:2024:01:01
# 返回: 签到总人数

# 统计字节范围
BITCOUNT signin:2024:01:01 0 1000
# 统计前1001个字节中的1位数

BITPOS查找位

# 查找第一个值为bit的位置
BITPOS key bit [start end]

# 查找第一个签到用户
BITPOS signin:2024:01:01 1
# 返回: 第一个1的位置

# 查找第一个未签到用户
BITPOS signin:2024:01:01 0

BITOP位运算

# 位运算（AND/OR/XOR/NOT）
BITOP operation destkey key [key ...]

# 交集运算
BITOP AND result set1 set2
# set1和set2都为1的位

# 并集运算
BITOP OR result set1 set2
# set1或set2为1的位

# 异或运算
BITOP XOR result set1 set2

# 取反运算
BITOP NOT result set1

BITFIELD位域操作

# 复杂位操作（Redis 3.2+）
BITFIELD key [GET type offset]
BITFIELD key [SET type offset value]
BITFIELD key [INCRBY type offset increment]

# 获取8位无符号整数（offset=0）
BITFIELD mykey GET u8 0

# 设置5位有符号整数
BITFIELD mykey SET i5 100 -3

# 自增操作
BITFIELD mykey INCRBY u4 0 1

应用场景

1. 用户签到

# 设置签到（用户ID为offset）
SETBIT signin:2024:01:01 1000 1

# 检查签到状态
GETBIT signin:2024:01:01 1000

# 统计当日签到人数
BITCOUNT signin:2024:01:01

# 统计连续签到
BITOP AND result signin:2024:01:01 signin:2024:01:02 signin:2024:01:03
BITCOUNT result
# 连续3天签到的人数

2. 活跃用户统计

# 记录每日活跃用户
SETBIT active:2024:01:01 user_id 1

# 统计活跃用户数
BITCOUNT active:2024:01:01

# 统计周活跃用户
BITOP OR weekly:active active:2024:01:* (7天)
BITCOUNT weekly:active

3. 用户在线状态

# 设置用户在线
SETBIT online:user 1000 1

# 设置用户离线
SETBIT online:user 1000 0

# 检查用户在线
GETBIT online:user 1000

# 统计在线用户
BITCOUNT online:user

4. 用户标签/属性

# 用户是否VIP（offset=0）
SETBIT user:attr:1000 0 1

# 用户是否活跃（offset=1）
SETBIT user:attr:1000 1 1

# 用户是否验证（offset=2）
SETBIT user:attr:1000 2 0

# 获取全部属性
GET user:attr:1000

5. 布隆过滤器（简单实现）

# 多个哈希函数设置位
SETBIT bloom:user 100 1
SETBIT bloom:user 200 1
SETBIT bloom:user 300 1

# 检查可能存在
GETBIT bloom:user 100
GETBIT bloom:user 200
GETBIT bloom:user 300
# 全为1则可能存在

内存效率对比

存储1亿用户标记

使用建议

用户ID密集时：Bitmap高效
用户ID稀疏时：Bitmap浪费内存（空位也占空间）
用户ID范围：建议从0开始连续编号

性能特点

操作效率

SETBIT/GETBIT：O(1)
BITCOUNT：O(N)（N为字符串长度）
BITOP：O(N)

内存分配

# 设置高位时Redis会扩展字符串
SETBIT key 1000000 1
# 扩展字符串到125KB（1000000/8字节）

# 大偏移量导致内存分配
# 注意偏移量范围

注意事项

用户ID偏移量

用户ID作为偏移量
- 用户ID从0开始最优
- 用户ID不连续时浪费内存
- 稀疏用户ID不适合Bitmap

内存扩容

# 设置大偏移量会扩展字符串
SETBIT sparse 1000000000 1
# 分配约125MB内存

# 稀疏位图浪费内存

字节范围

BITCOUNT start end是字节偏移
不是位偏移
start=0, end=0表示第一个字节（bit0-bit7）

与Set对比

要点总结

• 位图是字符串的位操作扩展，每个bit存储0或1
• SETBIT/GETBIT设置和获取单个位，O(1)操作
• BITCOUNT统计值为1的位数量
• BITOP支持AND/OR/XOR/NOT位运算
• 应用场景：签到、活跃统计、在线状态、用户属性
• 用户ID密集时Bitmap极省内存（12.5MB存1亿用户）
• 用户ID稀疏时浪费内存，不适合Bitmap
• 大偏移量设置会导致内存扩展，注意范围
• BITFIELD支持复杂位域操作（Redis 3.2+）