基于Redis位图实现用户签到功能

末蓝、 2022-03-12 09:18 255阅读 0赞

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### 场景需求 ###

适用场景如签到送积分、签到领取奖励等，大致需求如下：

*  签到1天送1积分，连续签到2天送2积分，3天送3积分，3天以上均送3积分等。
 *  如果连续签到中断，则重置计数，每月初重置计数。
 *  当月签到满3天领取奖励1，满5天领取奖励2，满7天领取奖励3……等等。
 *  显示用户某个月的签到次数和首次签到时间。
 *  在日历控件上展示用户每月签到情况，可以切换年月显示……等等。

### 设计思路 ###

对于用户签到数据，如果每条数据都用K/V的方式存储，当用户量大的时候内存开销是非常大的。而位图(BitMap)是由一组bit位组成的，每个bit位对应0和1两个状态，虽然内部还是采用String类型存储，但Redis提供了一些指令用于直接操作位图，可以把它看作是一个bit数组，数组的下标就是偏移量。它的优点是内存开销小、效率高且操作简单，很适合用于签到这类场景。

Redis提供了以下几个指令用于操作位图：

*  [SETBIT][]
 *  [GETBIT][]
 *  [BITCOUNT][]
 *  [BITPOS][]
 *  [BITOP][]
 *  [BITFIELD][]

考虑到每月初需要重置连续签到次数，最简单的方式是按用户每月存一条签到数据（也可以每年存一条数据）。Key的格式为`u:sign:uid:yyyyMM`，Value则采用长度为4个字节（32位）的位图（最大月份只有31天）。位图的每一位代表一天的签到，1表示已签，0表示未签。

例如`u:sign:1000:201902`表示ID=1000的用户在2019年2月的签到记录。

# 用户2月17号签到
    SETBIT u:sign:1000:201902 16 1 # 偏移量是从0开始，所以要把17减1
    
    # 检查2月17号是否签到
    GETBIT u:sign:1000:201902 16 # 偏移量是从0开始，所以要把17减1
    
    # 统计2月份的签到次数
    BITCOUNT u:sign:1000:201902
    
    # 获取2月份前28天的签到数据
    BITFIELD u:sign:1000:201902 get u28 0
    
    # 获取2月份首次签到的日期
    BITPOS u:sign:1000:201902 0 # 返回的首次签到的偏移量，加上1即为当月的某一天

示例代码

import redis.clients.jedis.Jedis;
    
    import java.time.LocalDate;
    import java.time.format.DateTimeFormatter;
    import java.util.HashMap;
    import java.util.List;
    import java.util.Map;
    import java.util.TreeMap;
    
    /**
     * 基于Redis位图的用户签到功能实现类
     * <p>
     * 实现功能：
     * 1. 用户签到
     * 2. 检查用户是否签到
     * 3. 获取当月签到次数
     * 4. 获取当月连续签到次数
     * 5. 获取当月首次签到日期
     * 6. 获取当月签到情况
     */
    public class UserSignDemo {
        private Jedis jedis = new Jedis();
    
        /**
         * 用户签到
         *
         * @param uid  用户ID
         * @param date 日期
         * @return 之前的签到状态
         */
        public boolean doSign(int uid, LocalDate date) {
            int offset = date.getDayOfMonth() - 1;
            return jedis.setbit(buildSignKey(uid, date), offset, true);
        }
    
        /**
         * 检查用户是否签到
         *
         * @param uid  用户ID
         * @param date 日期
         * @return 当前的签到状态
         */
        public boolean checkSign(int uid, LocalDate date) {
            int offset = date.getDayOfMonth() - 1;
            return jedis.getbit(buildSignKey(uid, date), offset);
        }
    
        /**
         * 获取用户签到次数
         *
         * @param uid  用户ID
         * @param date 日期
         * @return 当前的签到次数
         */
        public long getSignCount(int uid, LocalDate date) {
            return jedis.bitcount(buildSignKey(uid, date));
        }
    
        /**
         * 获取当月连续签到次数
         *
         * @param uid  用户ID
         * @param date 日期
         * @return 当月连续签到次数
         */
        public long getContinuousSignCount(int uid, LocalDate date) {
            int signCount = 0;
            String type = String.format("u%d", date.getDayOfMonth());
            List<Long> list = jedis.bitfield(buildSignKey(uid, date), "GET", type, "0");
            if (list != null && list.size() > 0) {
                // 取低位连续不为0的个数即为连续签到次数，需考虑当天尚未签到的情况
                long v = list.get(0) == null ? 0 : list.get(0);
                for (int i = 0; i < date.getDayOfMonth(); i++) {
                    if (v >> 1 << 1 == v) {
                        // 低位为0且非当天说明连续签到中断了
                        if (i > 0) break;
                    } else {
                        signCount += 1;
                    }
                    v >>= 1;
                }
            }
            return signCount;
        }
    
        /**
         * 获取当月首次签到日期
         *
         * @param uid  用户ID
         * @param date 日期
         * @return 首次签到日期
         */
        public LocalDate getFirstSignDate(int uid, LocalDate date) {
            long pos = jedis.bitpos(buildSignKey(uid, date), true);
            return pos < 0 ? null : date.withDayOfMonth((int) (pos + 1));
        }
    
        /**
         * 获取当月签到情况
         *
         * @param uid  用户ID
         * @param date 日期
         * @return Key为签到日期，Value为签到状态的Map
         */
        public Map<String, Boolean> getSignInfo(int uid, LocalDate date) {
            Map<String, Boolean> signMap = new HashMap<>(date.getDayOfMonth());
            String type = String.format("u%d", date.lengthOfMonth());
            List<Long> list = jedis.bitfield(buildSignKey(uid, date), "GET", type, "0");
            if (list != null && list.size() > 0) {
                // 由低位到高位，为0表示未签，为1表示已签
                long v = list.get(0) == null ? 0 : list.get(0);
                for (int i = date.lengthOfMonth(); i > 0; i--) {
                    LocalDate d = date.withDayOfMonth(i);
                    signMap.put(formatDate(d, "yyyy-MM-dd"), v >> 1 << 1 != v);
                    v >>= 1;
                }
            }
            return signMap;
        }
    
        private static String formatDate(LocalDate date) {
            return formatDate(date, "yyyyMM");
        }
    
        private static String formatDate(LocalDate date, String pattern) {
            return date.format(DateTimeFormatter.ofPattern(pattern));
        }
    
        private static String buildSignKey(int uid, LocalDate date) {
            return String.format("u:sign:%d:%s", uid, formatDate(date));
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            UserSignDemo demo = new UserSignDemo();
            LocalDate today = LocalDate.now();
    
            { // doSign
                boolean signed = demo.doSign(1000, today);
                if (signed) {
                    System.out.println("您已签到：" + formatDate(today, "yyyy-MM-dd"));
                } else {
                    System.out.println("签到完成：" + formatDate(today, "yyyy-MM-dd"));
                }
            }
    
            { // checkSign
                boolean signed = demo.checkSign(1000, today);
                if (signed) {
                    System.out.println("您已签到：" + formatDate(today, "yyyy-MM-dd"));
                } else {
                    System.out.println("尚未签到：" + formatDate(today, "yyyy-MM-dd"));
                }
            }
    
            { // getSignCount
                long count = demo.getSignCount(1000, today);
                System.out.println("本月签到次数：" + count);
            }
    
            { // getContinuousSignCount
                long count = demo.getContinuousSignCount(1000, today);
                System.out.println("连续签到次数：" + count);
            }
    
            { // getFirstSignDate
                LocalDate date = demo.getFirstSignDate(1000, today);
                System.out.println("本月首次签到：" + formatDate(date, "yyyy-MM-dd"));
            }
    
            { // getSignInfo
                System.out.println("当月签到情况：");
                Map<String, Boolean> signInfo = new TreeMap<>(demo.getSignInfo(1000, today));
                for (Map.Entry<String, Boolean> entry : signInfo.entrySet()) {
                    System.out.println(entry.getKey() + ": " + (entry.getValue() ? "√" : "-"));
                }
            }
        }
    
    }

运行结果

您已签到：2019-02-18
    您已签到：2019-02-18
    本月签到次数：11
    连续签到次数：8
    本月首次签到：2019-02-02
    当月签到情况：
    2019-02-01: -
    2019-02-02: √
    2019-02-03: √
    2019-02-04: -
    2019-02-05: -
    2019-02-06: √
    2019-02-07: -
    2019-02-08: -
    2019-02-09: -
    2019-02-10: -
    2019-02-11: √
    2019-02-12: √
    2019-02-13: √
    2019-02-14: √
    2019-02-15: √
    2019-02-16: √
    2019-02-17: √
    2019-02-18: √
    2019-02-19: -
    2019-02-20: -
    2019-02-21: -
    2019-02-22: -
    2019-02-23: -
    2019-02-24: -
    2019-02-25: -
    2019-02-26: -
    2019-02-27: -
    2019-02-28: -

### 参考链接 ###

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[GETBIT]: http://redisdoc.com/bitmap/getbit.html
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[BITOP]: http://redisdoc.com/bitmap/bitop.html
[BITFIELD]: http://redisdoc.com/bitmap/bitfield.html
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