PHP 使用 Redis 的 BitMap 特性实现签到功能

一、BitMap

BitMap原理

bitMap 位图并不是一种数据结构，其实也就是 byte 数组，用二进制表示，只有 0 和 1 两个数字。基于string数据类型的按位操作符，高阶数据类型的一种。

bitMap支持的最大位数是2^32位,使用512M内存就可以存储多达42.9亿的字节信息。

BitMap操作命令

gitbit
- 用法：getbit key offset
- 含义：对key所存储的字符串值，获取指定偏移量上的位（bit）
setbit
- 用法：setbit key offset value
- 含义：对key所存储的字符串值，设置或清除指定偏移量上的位（bit）
  1. 返回值为该位在setbit之前的值
  2. value只能取0或1
  3. offset从0开始，即使原位图只能10位，offset可以取1000
bitcount
- 用法：bitcount key [start end]
- 含义：获取位图指定范围中位值为1的个数。如果不指定start与end，则取所有
bitop
- 用法：bitop op destKey key1 [key2…]
- 含义：做多个BitMap的and（交集）、or（并集）、not（非）、xor（异或）操作并将结果保存在destKey中
bitpos
- 用法：bitpos key tartgetBit [start end]
- 含义：计算位图指定范围第一个偏移量对应的的值等于targetBit的位置
  1. 找不到返回-1
  2. start与end没有设置，则取全部
  3. targetBit只能取0或者1
BITFIELD
- 用法：BITFIELD key [GET type offset] [SET type offset value] [INCRBY type offset increment] [OVERFLOW WRAP|SAT|FAIL]
- 含义：自3.2.0起可用。该命令将 Redis 字符串视为一个位数组，并且能够处理具有不同位宽和任意非（必要）对齐偏移量的特定整数字段

二、BitMap对比MySql

mysql存储

mysql表结构

字段描述类型存储需求

id 数据表主键 bigInt 8byte

user_id 用户id bigInt 8byte

sign_date 签到日期 DATETIME 8btye

amount 连续签到 int 4byte
mysql占用存储空间
1. 1个用户1天签到数据：28Byte
2. 1000W用户1天签到数据：28Byte * 1000w = 268M
3. 1000W用户1年签到数据：268M * 365 = 95.6G
4. 1000W用户5年签到数据：95.6G * 5 = 478G

字段	描述	类型	存储需求
id	数据表主键	bigInt	8byte
user_id	用户id	bigInt	8byte
sign_date	签到日期	DATETIME	8btye
amount	连续签到	int	4byte

redis BitMap存储

redis BitMap存储

key value

user_id_2021_04 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0…(签到最多31天)
redis BitMap占用空间
1. 31位需要3Byte + key(1Byte)
2. 一个用户一个月签到数据：4Byte
3. 1000W用户1个月签到数据： 40M
4. 1000W用户1年签到数据：40M * 12 = 480M
5. 1000W用户5年签到数据：480M * 5 = 2G

key	value
user_id_2021_04	0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0…(签到最多31天)

三、命令行实现BitMap签到

签到

用户id为123的用户2021年3月1号签到
```
$ setBit sign:123:202103 0 1
```
用户id为123的用户2021年3月2号签到
```
$ setBit sign:123:202103 1 1
```

获取签到

查看用户id为123的用户2021年3月1号签到
```
$ getBit sign:123:202103 0
```
查看用户id为123的用户2021年3月2号签到
```
$ getBit sign:123:202103 1
```
查看用户id为123的用户2021年3月 首次签到
```
$ bitPos sign:123:202103 1
```
查看用户id为123的用户2021年3月 首次漏签
```
$ bitPos sign:123:202103 0
```
查看用户指定范围内的签到返回的是十进制
```
bitfield sign:123:202103 get u3 6
```

统计签到

获取用户当月签到次数
```
$ bitCount sign:123:202103
```

四、PHP实现BitMap签到

签到

用户id为123的用户2021年3月8号签到

<?php

    $redis = new Redis();
    $redis->connect('11', 6379);
    $key = 'sign:123:202103';
    $day = 8;
    $redis->setBit($key, $day, 1);
?>

用户id为123的用户2021年3月10号签到

<?php

    $redis = new Redis();
    $redis->connect('11', 6379);
    $key = 'sign:123:202103';
    $day = 10;
    $redis->setBit($key, $day, 1);
?>

查看签到

查看用户id为123的用户2021年3月10号签到

<?php

    $redis = new Redis();
    $redis->connect('11', 6379);
    $key = 'sign:123:202103';
    $day = 8;
    $sign = $redis->getBit($key, $day);
    var_dump($sign);
?>

查看用户id为123的用户2021年3月份的签到情况( bitmap 实际就是 string 类型，使用 Get)

<?php

    $redis = new Redis();
    $redis->connect('11', 6379);
    $key = 'sign:123:202103';
    $sign = $redis->get($key); //这里查出来的是二进制字符串
    $bitmap_bin_str = StrToBin($sign);
    for($i = 1; $i <= 31; $i++) {
        echo $i.'号签到'.$bitmap_bin_str{$i-1}.PHP_EOL;
    }
    # 二进制字符串转字符
    function StrToBin($str){
        $arr = preg_split('/(?<!^)(?!$)/u', $str);
        foreach($arr as &$v){
            $temp = unpack('H*', $v); $v = base_convert($temp[1], 16, 2);
            unset($temp);
        }
        return join(' ',$arr);
    }
?>

查看用户id为123的用户2021年3月 首次签到

<?php

$redis = new Redis();
$redis->connect('11', 6379);
$key = 'sign:123:202103';
$day = $redis->bitPos($key,1);
var_dump($day);
?>

查看用户id为123的用户2021年3月 首次漏签

<?php

$redis = new Redis();
$redis->connect('11', 6379);
$key = 'sign:123:202103';
$day = $redis->bitPos($key,0);
var_dump($day);
?>

统计签到

查看用户id为123的用户2021年3月份签到次数

<?php

    $redis = new Redis();
    $redis->connect('11', 6379);
    $key = 'sign:123:202103';
    $count = $redis->bitcount($key,0,-1);
    var_dump($count);
?>

查看用户id为123的用户2021年3月8号连续签到次数

<?php

    $redis = new Redis();
    $redis->connect('11', 6379);
    $key = 'sign:123:202103';
    $str = '1111001110000000000000000000000'; //用户当月签到情况
    $day = 8;
    if ($str{$day-1} == '0') {
        var_dump(0);
        exit;
    }
    $count = 1;
    for ($i=$day; $i>=0; $i--) {
        // var_dump($i-1);
        $sign = ($str{$i-1}) & ($str{$i-2});
        if ($sign == 1) {
            $count += 1;
        } else {
            break;
        }
    }
    var_dump($count);
?>

五、使用经验和资料参考

使用经验

BitMap 是 sting 类型，最大 512 MB
注意 setbit 时的偏移量，可能有较大耗时
位图不是绝对好,获取不到签到的准确时间，只能判断指定日期有没有签到。
redis配合mysql使用，当月数据存redis，上月数据同步到mysql（一个月数据的签到存一条mysql数据）。
签到日志可以配合nongoDB使用。

LuCarlo

PHP 使用 Redis 的 BitMap 特性实现签到功能

一、BitMap

BitMap原理

BitMap操作命令

二、BitMap对比MySql

mysql存储

redis BitMap存储

三、命令行实现BitMap签到

签到

获取签到

统计签到

四、PHP实现BitMap签到

签到

查看签到

统计签到

五、使用经验和资料参考

使用经验

资料参考

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