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关于redis:SpringBoot-DB-系列Redis-高级特性之-Bitmap-使用姿势及应用场景介绍

jiezi

【SpringBoot DB 系列】Redis 高级个性之 Bitmap 应用姿态及利用场景介绍

后面介绍过 redis 的五种根本数据结构，如 String，List, Set, ZSet, Hash，这些属于绝对常见了；在这些根本后果之上，redis 还提供了一些更高级的性能，如 geo, bitmap, hyperloglog，pub/sub，本文将次要介绍 Bitmap 的应用姿态以及其实用场景，次要知识点包含

  • bitmap 根本应用
  • 日活统计利用场景中 bitmap 应用姿态
  • 点赞去重利用场景中 bitmap 应用姿态
  • 布隆过滤器 bloomfilter 基本原理及体验 case

<!– more –>

I. 根本应用

1. 配置

咱们应用 SpringBoot 2.2.1.RELEASE来搭建我的项目环境，间接在 pom.xml 中增加 redis 依赖

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>

如果咱们的 redis 是默认配置，则能够不额定增加任何配置；也能够间接在 application.yml 配置中，如下

spring:
  redis:
    host: 127.0.0.1
    port: 6379
    password:

2. 应用姿态

bitmap 次要就三个操作命令，setbit，getbit以及 bitcount

a. 设置标记

即setbit，次要是指将某个索引，设置为 1(设置 0 示意抹去标记)，根本语法如下

# 请留神这个 index 必须是数字，前面的 value 必须是 0 /1
setbit key index 0/1

对应的 SpringBoot 中，借助 RestTemplate 能够比拟容易的实现，通常有两种写法，都能够

@Autowired
private StringRedisTemplate redisTemplate;

/**
 * 设置标记位
 *
 * @param key
 * @param offset
 * @param tag
 * @return
 */
public Boolean mark(String key, long offset, boolean tag) {return redisTemplate.opsForValue().setBit(key, offset, tag);
}

public Boolean mark2(String key, long offset, boolean tag) {return redisTemplate.execute(new RedisCallback<Boolean>() {
        @Override
        public Boolean doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException {return connection.setBit(key.getBytes(), offset, tag);
        }
    });
}

下面两种写法的外围区别，就是 key 的序列化问题，第一种写法应用默认的 jdk 字符串序列化，和前面的 getBytes() 会有一些区别，对于这个，有趣味的小伙伴能够看一下我之前的博文: RedisTemplate 配置与应用 #序列化问题

b. 判断存在与否

即 getbit key index，如果返回 1，示意存在否则不存在

/**
 * 判断是否标记过
 *
 * @param key
 * @param offest
 * @return
 */
public Boolean container(String key, long offest) {return redisTemplate.opsForValue().getBit(key, offest);
}

c. 计数

即 bitcount key，统计和

/**
 * 统计计数
 *
 * @param key
 * @return
 */
public long bitCount(String key) {return redisTemplate.execute(new RedisCallback<Long>() {
        @Override
        public Long doInRedis(RedisConnection redisConnection) throws DataAccessException {return redisConnection.bitCount(key.getBytes());
        }
    });
}

3. 利用场景

后面的根本应用比较简单，在介绍 String 数据结构的时候也提过，咱们重点须要关注的是 bitmap 的应用场景，它能够干嘛用，什么场景下应用它会有显著的劣势

  • 日活统计
  • 点赞
  • bloomfilter

下面三个场景虽有相似之处，但理论的利用场景还是些许区别，接下来咱们逐个进行阐明

a. 日活统计

统计利用或网站的日活，这个属于比拟常见的 case 了，如果是用 redis 来做这个事件，首先咱们最容易想到的是 Hash 构造，个别逻辑如下

  • 依据日期，设置 key，如明天为 2020/10/13, 那么 key 能够为 app_20_10_13
  • 其次当用户拜访时，设置 field 为 userId, value 设置为 true
  • 判断日活则是统计 map 的个数hlen app_20_10_13

下面这个逻辑有故障么？当然没有问题，然而想一想，当咱们的利用做的很 nb 的时候，每天的日活都是百万，千万级时，这个内存开销就有点吓人了

接下来咱们看一下 bitmap 能够怎么做

  • 同样依据日期设置 key
  • 当用户拜访时，index 设置为 userId，setbit app_20_10_13 uesrId 1
  • 日活统计 bitcount app_20_10_13

简略比照一下下面两种计划

当数据量小时，且 userid 散布不平均，小的为个位数，大的几千万，上亿这种，应用 bitmap 就有点亏了，因为 userId 作为 index，那么 bitmap 的长度就须要能包容最大的 userId，然而理论日活又很小，阐明 bitmap 两头有大量的空白数据

反之当数据量很大时，比方百万 / 千万，userId 是间断递增的场景下，bitmap 的劣势有两点：1. 存储开销小，2. 统计总数快

c. 点赞

点赞的业务，最次要的一点是一个用户点赞过之后，就不能持续点赞了（当然某些业务场景除外），所以咱们须要晓得是否能够持续点赞

下面这个 hash 当然也能够实现，咱们这里则次要讨论一下 bitmap 的实现逻辑

  • 比方咱们心愿对一个文章进行点赞统计，那么咱们依据文章 articleId 来生成 redisKey=like_1121，将 userId 作为 index
  • 首先是通过getbit like_1121 userId 来判断是否点赞过，从而限度用户是否能够操作

Hash 以及 bitmap 的抉择和下面的考量范畴差不多

d. 布隆过滤器 bloomfilter

布隆过滤器堪称是赫赫有名了，咱们这里简略的介绍一下这货色是啥玩意

  • 底层存储为一个 bitmap
  • 当来一个数据时，通过 n 个 hash 函数，失去 n 个数值
  • 将 hash 失去的 n 个数值，映射到 bitmap，标记对应的地位为 1

如果来一个数据，通过 hash 计算之后，若这个 n 个值，对应的 bitmap 都是 1，那么示意这个数据可能存在；如果有一个不为 1，则示意这个数据肯定不存在

请留神：不存在时，是肯定不存在；存在时，则不肯定

从下面的形容也晓得，bloomfilter 的底层数据结构就是 bitmap，当然它的关键点在 hash 算法；依据它未命中时肯定不存在的个性，十分实用于缓存击穿的问题解决

体验阐明

Redis 的布隆过滤器次要针对 >=4.0，通过插件的模式提供，我的项目源码地址为: https://github.com/RedisBloom/RedisBloom，上面依据 readme 的阐明，简略的体验一下 redis 中 bloomfilter 的应用姿态

# docker 形式装置
docker run -p 6379:6379 --name redis-redisbloom redislabs/rebloom:latest

# 通过 redis-cli 形式拜访
docker exec -it redis-redisbloom bash

# 开始应用
# redis-cli
127.0.0.1:6379> keys *
(empty array)
127.0.0.1:6379> bf.add newFilter hello
(integer) 1
127.0.0.1:6379> bf.exists newFilter hello
(integer) 1
127.0.0.1:6379> bf.exists newFilter hell
(integer) 0

bloomfilter 的应用比较简单，次要是两个命令 bf.add 增加元素，bf.exists判断是否存在，请留神它没有删除哦

4. 小结

bitmap 位图属于一个比拟精美的数据结构，通常在数据量大的场景下，会有呈现的体现成果；redis 自身基于 String 数据结构来实现 bitmap 的性能反对，应用形式比较简单，基本上就上面三个命令

  • setbit key index 1/0: 设置
  • getbit key index: 判断是否存在
  • bitcount key: 计数统计

本文也给出了 bitmap 的三个常见的利用场景

  • 日活统计：次要借助 bitcount 来获取总数（前面会介绍，在日活十万百万以上时，应用 hyperLogLog 更优雅）
  • 点赞: 次要借助 setbit/getbit 来判断用户是否赞过，从而实现去重
  • bloomfilter: 基于 bitmap 实现的布隆过滤器，宽泛用于去重的业务场景中（如缓存穿透，爬虫 url 去重等）

总的来讲，bitmap 属于易用，巧用的数据结构，用得好即能节俭内存也能够提高效率，用得不好貌似也不会带来太大的问题

II. 其余

0. 我的项目

系列博文

  • 【DB 系列】Redis 之管道 Pipelined 应用姿态
  • 【DB 系列】Redis 集群环境配置
  • 【DB 系列】借助 Redis 搭建一个简略站点统计服务（利用篇）
  • 【DB 系列】借助 Redis 实现排行榜性能（利用篇）
  • 【DB 系列】Redis 之 ZSet 数据结构应用姿态
  • 【DB 系列】Redis 之 Set 数据结构应用姿态
  • 【DB 系列】Redis 之 Hash 数据结构应用姿态
  • 【DB 系列】Redis 之 List 数据结构应用姿态
  • 【DB 系列】Redis 之 String 数据结构的读写
  • 【DB 系列】Redis 之 Jedis 配置
  • 【DB 系列】Redis 之根本配置

工程源码

  • 工程：https://github.com/liuyueyi/spring-boot-demo
  • 我的项目源码: https://github.com/liuyueyi/spring-boot-demo/tree/master/spring-boot/122-redis-template

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