海量数据情况下，怎么用Bitmap进行签到统计？

在 Web 和移动应用的业务场景中，我们经常需要保存这样一种信息：统计用户在手机 App 上的签到打卡信息。

在签到打卡的场景中，我们只用记录签到（1）或未签到（0），它就是非常典型的二值状态。在签到统计时，每个用户一天的签到用 1 个 bit 位就能表示，一个月（假设是 31 天）的签到情况用 31 个 bit 位就可以，而一年的签到也只需要用 365 个 bit 位。

Bitmap 数据类型介绍

Redis 恰好有这样一种数据结构：Bitmap。Bitmap 本身是用 String 类型作为底层数据结构实现的一种统计二值状态的数据类型。String 类型是会保存为二进制的字节数组，所以，Redis 就把字节数组的每个 bit 位利用起来，用来表示一个元素的二值状态。你可以把 Bitmap 看作是一个 bit 数组。

那么，具体该怎么用 Bitmap 进行签到统计呢？

假设我们要统计 ID 3000 的用户在 2022 年 10 月份的签到情况，就可以按照下面的步骤进行操作。

第一步，执行下面的命令，记录该用户 10 月 1 号已签到（bit 位设置为 1）。

SETBIT uid:sign:3000:202210 0 1
1

第二步，检查该用户 10 月 1 日是否签到。

GETBIT uid:sign:3000:202210 0
1

第三步，统计该用户在 10 月份的签到次数（bit 数组中所有“1”的个数）。

BITCOUNT uid:sign:3000:202210
1

这样，我们就知道该用户在 10 月份的签到情况了。

Bitmap 的 BITOP 命令

Bitmap 支持用 BITOP 命令对多个 Bitmap 按位做“与”“或”“异或”的操作，操作的结果会保存到一个新的 Bitmap 中。

我以按位“与”操作为例来具体解释一下。从下图中，可以看到，三个 Bitmap bm1、bm2 和 bm3，对应 bit 位做“与”操作，结果保存到了一个新的 Bitmap 中（示例中，这个结果 Bitmap 的 key 被设为“resmap”）。

回到我们的标题：如果记录了 1 亿个用户 10 天的签到情况，你有办法统计出这 10 天连续签到的用户总数吗？

在统计 1 亿个用户连续 10 天的签到情况时，你可以把每天的日期作为 key，每个 key 对应一个 1 亿位的 Bitmap，每一个 bit 对应一个用户当天的签到情况。

接下来，我们对 10 个 Bitmap 做“与”操作，得到的结果也是一个 Bitmap。在这个 Bitmap 中，只有 10 天都签到的用户对应的 bit 位上的值才会是 1。最后，我们可以用 BITCOUNT 统计下 Bitmap 中的 1 的个数，这就是连续签到 10 天的用户总数了。

现在，我们可以计算一下记录了 10 天签到情况后的内存开销。每天使用 1 个 1 亿位的 Bitmap，大约占 12MB 的内存（10^8/8/1024/1024），10 天的 Bitmap 的内存开销约为 120MB，内存压力不算太大。不过，在实际应用时，最好对 Bitmap 设置过期时间，让 Redis 自动删除不再需要的签到记录，以节省内存开销。

所以，如果只需要统计数据的二值状态，例如商品有没有、用户在不在等，就可以使用 Bitmap，因为它只用一个 bit 位就能表示 0 或 1。在记录海量数据时，Bitmap 能够有效地节省内存空间。

本篇摘自极客时间《Redis核心技术与实战》（蒋德钧）第12讲。