BitMap实现用户签到

一时失言乱红尘 2024-03-22 14:03 69阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*   *  1 BitMap功能演示
     *  2 实现签到功能
     *  3 签到统计
     *  Tips

### 1 BitMap功能演示 ###

我们针对签到功能完全可以通过mysql来完成，比如说以下这张表

![1653823145495][]

用户一次签到，就是一条记录，假如有1000万用户，平均每人每年签到次数为10次，则这张表一年的数据量为 1亿条

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

我们如何能够简化一点呢？其实可以考虑小时候一个挺常见的方案，就是小时候，咱们准备一张小小的卡片，你只要签到就打上一个勾，我最后判断你是否签到，其实只需要到小卡片上看一看就知道了

我们可以采用类似这样的方案来实现我们的签到需求。

我们按月来统计用户签到信息，签到记录为1，未签到则记录为0.

把每一个bit位对应当月的每一天，形成了映射关系。用0和1标示业务状态，这种思路就称为位图（BitMap）。这样我们就用极小的空间，来实现了大量数据的表示

Redis中是利用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。

![1653824498278][]

BitMap的操作命令有：

*  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

### 2 实现签到功能 ###

需求：实现签到接口，将当前用户当天签到信息保存到Redis中

思路：我们可以把年和月作为bitMap的key，然后保存到一个bitMap中，每次签到就到对应的位上把数字从0变成1，只要对应是1，就表明说明这一天已经签到了，反之则没有签到。

我们通过接口文档发现，此接口并没有传递任何的参数，没有参数怎么确实是哪一天签到呢？这个很容易，可以通过后台代码直接获取即可，然后到对应的地址上去修改bitMap。

![1653833970361][]

**代码**

UserController

@PostMapping("/sign")
     public Result sign(){
        
        return userService.sign();
     }

UserServiceImpl

@Override
    public Result sign() {
        
        // 1.获取当前登录用户
        Long userId = UserHolder.getUser().getId();
        // 2.获取日期
        LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
        // 3.拼接key
        String keySuffix = now.format(DateTimeFormatter.ofPattern(":yyyyMM"));
        String key = USER_SIGN_KEY + userId + keySuffix;
        // 4.获取今天是本月的第几天
        int dayOfMonth = now.getDayOfMonth();
        // 5.写入Redis SETBIT key offset 1
        stringRedisTemplate.opsForValue().setBit(key, dayOfMonth - 1, true);
        return Result.ok();
    }

### 3 签到统计 ###

**问题1**——什么叫做连续签到天数？  
从最后一次签到开始向前统计，直到遇到第一次未签到为止，计算总的签到次数，就是连续签到天数。

![1653834455899][]

Java逻辑代码：获得当前这个月的最后一次签到数据，定义一个计数器，然后不停的向前统计，直到获得第一个非0的数字即可，每得到一个非0的数字计数器+1，直到遍历完所有的数据，就可以获得当前月的签到总天数了

**问题2**——如何得到本月到今天为止的所有签到数据？

BITFIELD key GET u\[dayOfMonth\] 0

假设今天是10号，那么我们就可以从当前月的第一天开始，获得到当前这一天的位数，是10号，那么就是10位，去拿这段时间的数据，就能拿到所有的数据了，那么这10天里边签到了多少次呢？统计有多少个1即可。

**问题3**——如何从后向前遍历每个bit位？

注意：bitMap返回的数据是10进制，哪假如说返回一个数字8，那么我哪儿知道到底哪些是0，哪些是1呢？我们只需要让得到的10进制数字和1做与运算就可以了，因为1只有遇见1 才是1，其他数字都是0 ，我们把签到结果和1进行与操作，每与一次，就把签到结果向右移动一位，依次内推，我们就能完成逐个遍历的效果了。

需求：实现下面接口，统计当前用户截止当前时间在本月的连续签到天数

有用户有时间我们就可以组织出对应的key，此时就能找到这个用户截止这天的所有签到记录，再根据这套算法，就能统计出来他连续签到的次数了

![1653835784444][]

代码

**UserController**

@GetMapping("/sign/count")
    public Result signCount(){
        
        return userService.signCount();
    }

**UserServiceImpl**

@Override
    public Result signCount() {
        
        // 1.获取当前登录用户
        Long userId = UserHolder.getUser().getId();
        // 2.获取日期
        LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
        // 3.拼接key
        String keySuffix = now.format(DateTimeFormatter.ofPattern(":yyyyMM"));
        String key = USER_SIGN_KEY + userId + keySuffix;
        // 4.获取今天是本月的第几天
        int dayOfMonth = now.getDayOfMonth();
        // 5.获取本月截止今天为止的所有的签到记录，返回的是一个十进制的数字 BITFIELD sign:5:202203 GET u14 0
        List<Long> result = stringRedisTemplate.opsForValue().bitField(
                key,
                BitFieldSubCommands.create()
                        .get(BitFieldSubCommands.BitFieldType.unsigned(dayOfMonth)).valueAt(0)
        );
        if (result == null || result.isEmpty()) {
        
            // 没有任何签到结果
            return Result.ok(0);
        }
        Long num = result.get(0);
        if (num == null || num == 0) {
        
            return Result.ok(0);
        }
        // 6.循环遍历
        int count = 0;
        while (true) {
        
            // 6.1.让这个数字与1做与运算，得到数字的最后一个bit位  // 判断这个bit位是否为0
            if ((num & 1) == 0) {
        
                // 如果为0，说明未签到，结束
                break;
            }else {
        
                // 如果不为0，说明已签到，计数器+1
                count++;
            }
            // 把数字右移一位，抛弃最后一个bit位，继续下一个bit位
            num >>>= 1;
        }
        return Result.ok(count);
    }

### Tips ###

Redis的BitMap可以还用来解决缓存穿透问题。缓存穿透指的是当一个请求查询不存在于缓存中并且也不存在于后端存储时，这个请求会不断地访问后端存储，导致访问压力过大或者数据库宕机。

使用BitMap的方式是，在Redis中创建一张BitMap，每个key对应一个位(bit)，初始值均为0。当有一个请求需要查询某个key时，首先通过该key计算出在BitMap上的偏移量，然后获取该位置的bit值。若为0，则表示缓存中不存在该值，即发生了缓存穿透，直接返回null或默认值；若为1，则说明缓存中存在该值，直接返回缓存中的值即可。

可以使用布隆过滤器等其他算法和数据结构来进一步改进此方案，提高缓存命中率和降低缓存穿透风险。

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