使用Redis BitMap實(shí)現(xiàn)簽到與統(tǒng)計(jì)功能

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大家好，今天分享一篇關(guān)于如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站簽到的文章。

各個項(xiàng)目中，我們都可能需要用到簽到和 統(tǒng)計(jì)功能。簽到后會給用戶一些禮品以此來吸引用戶持續(xù)在該平臺進(jìn)行活躍。

簽到功能，我們可以通過Redis中的 BitMap功能來實(shí)現(xiàn)

一、Redis BitMap 基本用法

BitMap 基本語法、指令

簽到功能我們可以使用MySQL來完成，比如下表：

用戶一次簽到，就是一條記錄，假如有1000萬用戶，平均每人每年簽到次數(shù)為10次，則這張表一年的數(shù)據(jù)量為 1億條

每簽到一次需要使用（8 + 8 + 1 + 1 + 3 + 1）共22 字節(jié)的內(nèi)存，一個月則最多需要600多字節(jié)

這樣的壞處，占用內(nèi)存太大了，極大的消耗內(nèi)存空間！

我們可以根據(jù) Redis中 提供的 BitMap 位圖功能來實(shí)現(xiàn)，每次簽到與未簽到用0 或1 來標(biāo)識 ，一次存31個數(shù)字，只用了2字節(jié) 這樣我們就用極小的空間實(shí)現(xiàn)了簽到功能。

BitMap 的操作指令：

• • SETBIT：向指定位置（offset）存入一個0或1

  • GETBIT：獲取指定位置（offset）的bit值

  • BITCOUNT：統(tǒng)計(jì)BitMap中值為1的bit位的數(shù)量

  • BITFIELD：操作（查詢、修改、自增）BitMap中bit數(shù)組中的指定位置（offset）的值

  • BITFIELD_RO：獲取BitMap中bit數(shù)組，并以十進(jìn)制形式返回

  • BITOP：將多個BitMap的結(jié)果做位運(yùn)算（與 、或、異或）

  • BITPOS：查找bit數(shù)組中指定范圍內(nèi)第一個0或1出現(xiàn)的位置

使用 BitMap 完成功能實(shí)現(xiàn)

服務(wù)器 Redis 版本采用 6.2 版本

進(jìn)入redis 查詢 SETBIT 命令

新增 key 進(jìn)行存儲

查詢 GETBIT 命令

查看指定坐標(biāo)的簽到狀態(tài)

查詢 BITFIELD 命令

無符號查詢

BITPOS 查詢 1 和 0 第一次出現(xiàn)的坐標(biāo)

二、SpringBoot 整合 Redis 實(shí)現(xiàn)簽到 功能

需求介紹

采用BitMap實(shí)現(xiàn)簽到功能

• 
  

  實(shí)現(xiàn)簽到接口，將當(dāng)前用戶當(dāng)天簽到信息保存到Redis中

  
  

思路分析：

我們可以把 年和月 作為BitMap的key，然后保存到一個BitMap中，每次簽到就到對應(yīng)的位上把數(shù)字從0 變?yōu)?，只要是1，就代表是這一天簽到了，反之咋沒有簽到。

實(shí)現(xiàn)簽到接口，將當(dāng)前用戶當(dāng)天簽到信息保存至Redis中

提示：因?yàn)锽itMap 底層是基于String數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因此其操作都封裝在字符串操作中了。

核心源碼

UserController

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

UserServiceImpl

        public Result sign() {
    //1. 獲取登錄用戶
    Long userId = UserHolder.getUser().getId();
    //2. 獲取日期
    LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
    //3. 拼接key
    String keySuffix = now.format(DateTimeFormatter.ofPattern(":yyyyMM"));
    String key = RedisConstants.USER_SIGN_KEY + userId + keySuffix;
    //4. 獲取今天是本月的第幾天
    int dayOfMonth = now.getDayOfMonth();
    //5. 寫入redis setbit key offset 1
    stringRedisTemplate.opsForValue().setBit(key, dayOfMonth -1, true);
    return Result.ok();
}
      

接口進(jìn)行測試

ApiFox進(jìn)行測試

查看Redis 數(shù)據(jù)

三、SpringBoot 整合Redis 實(shí)現(xiàn) 簽到統(tǒng)計(jì)功能

問題一：什么叫做連續(xù)簽到天數(shù)？

從最后一次簽到開始向前統(tǒng)計(jì)，直到遇到第一次未簽到為止，計(jì)算總的簽到次數(shù)，就是連續(xù)簽到天數(shù)。

邏輯分析：

?

獲得當(dāng)前這個月的最后一次簽到數(shù)據(jù)，定義一個計(jì)數(shù)器，然后不停的向前統(tǒng)計(jì)，直到獲得第一個非0的數(shù)字即可，每得到一個非0的數(shù)字計(jì)數(shù)器+1，直到遍歷完所有的數(shù)據(jù)，就可以獲得當(dāng)前月的簽到總天數(shù)了

?

問題二：如何得到本月到今天為止的所有簽到數(shù)據(jù)？

        BITFIELD key GET u[dayOfMonth] 0
      

假設(shè)今天是7號，那么我們就可以從當(dāng)前月的第一天開始，獲得到當(dāng)前這一天的位數(shù)，是7號，那么就是7位，去拿這段時間的數(shù)據(jù)，就能拿到所有的數(shù)據(jù)了，那么這7天里邊簽到了多少次呢？統(tǒng)計(jì)有多少個1即可。

問題三：如何從后向前遍歷每個Bit位？

?

注意：bitMap返回的數(shù)據(jù)是10進(jìn)制，哪假如說返回一個數(shù)字8，那么我哪兒知道到底哪些是0，哪些是1呢？

?

我們只需要讓得到的10進(jìn)制數(shù)字和1做與運(yùn)算就可以了，因?yàn)?只有遇見1 才是1，其他數(shù)字都是0 ，我們把簽到結(jié)果和1進(jìn)行與操作，每與一次，就把簽到結(jié)果向右移動一位，依次內(nèi)推，我們就能完成逐個遍歷的效果了。

需求：

實(shí)現(xiàn)以下接口，統(tǒng)計(jì)當(dāng)前截至當(dāng)前時間在本月的連續(xù)天數(shù)

有用戶有時間我們就可以組織出對應(yīng)的key，此時就能找到這個用戶截止這天的所有簽到記錄，再根據(jù)這套算法，就能統(tǒng)計(jì)出來他連續(xù)簽到的次數(shù)了

核心源碼

UserController

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

UserServiceImpl

        public Result signCount() {
    //1. 獲取登錄用戶
    Long userId = UserHolder.getUser().getId();
    //2. 獲取日期
    LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
    //3. 拼接key
    String keySuffix = now.format(DateTimeFormatter.ofPattern(":yyyyMM"));
    String key = RedisConstants.USER_SIGN_KEY + userId + keySuffix;
    //4. 獲取今天是本月的第幾天
    int dayOfMonth = now.getDayOfMonth();
    //5. 獲取本月截至今天為止的所有的簽到記錄，返回的是一個十進(jìn)制的數(shù)字 BITFIELD sign:5:202301 GET u3 0
    List<Long> result = stringRedisTemplate.opsForValue().bitField(
        key,
        BitFieldSubCommands.create()
        .get(BitFieldSubCommands.BitFieldType.unsigned(dayOfMonth)).valueAt(0));
    //沒有任務(wù)簽到結(jié)果
    if (result == null || result.isEmpty()) {
        return Result.ok(0);
    }
    Long num = result.get(0);
    if (num == null || num == 0) {
        return Result.ok(0);
    }
    //6. 循環(huán)遍歷
    int count = 0;
    while (true) {
        //6.1 讓這個數(shù)字與1 做與運(yùn)算，得到數(shù)字的最后一個bit位 判斷這個數(shù)字是否為0
        if ((num & 1) == 0) {
            //如果為0，簽到結(jié)束
            break;
        } else {
            count ++;
        }
        num >>>= 1;
    }
    return Result.ok(count);
}
      

進(jìn)行測試

查看 Redis 變量

從今天開始，往前查詢 連續(xù)簽到的天數(shù)，結(jié)果為2 測試無誤！

四、關(guān)于使用bitmap來解決緩存穿透的方案

回顧緩存穿透：

發(fā)起了一個數(shù)據(jù)庫不存在的，redis里邊也不存在的數(shù)據(jù)，通常你可以把他看成一個攻擊

解決方案：

• 
  

  判斷id<0

  
  

• 
  

  數(shù)據(jù)庫為空的話，向redis里邊把這個空數(shù)據(jù)緩存起來

  
  

第一種解決方案：遇到的問題是如果用戶訪問的是id不存在的數(shù)據(jù)，則此時就無法生效

第二種解決方案：遇到的問題是：如果是不同的id那就可以防止下次過來直擊數(shù)據(jù)

所以我們?nèi)绾谓鉀Q呢？

我們可以將數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，所對應(yīng)的id寫入到一個list集合中，當(dāng)用戶過來訪問的時候，我們直接去判斷l(xiāng)ist中是否包含當(dāng)前的要查詢的數(shù)據(jù)，如果說用戶要查詢的id數(shù)據(jù)并不在list集合中，則直接返回，如果list中包含對應(yīng)查詢的id數(shù)據(jù)，則說明不是一次緩存穿透數(shù)據(jù)，則直接放行。

現(xiàn)在的問題是這個主鍵其實(shí)并沒有那么短，而是很長的一個 主鍵

哪怕你單獨(dú)去提取這個主鍵，但是在 11年左右，淘寶的商品總量就已經(jīng)超過10億個

所以如果采用以上方案，這個list也會很大，所以我們可以使用bitmap來減少list的存儲空間

我們可以把list數(shù)據(jù)抽象成一個非常大的bitmap，我們不再使用list，而是將db中的id數(shù)據(jù)利用哈希思想，比如：

id 求余bitmap長度 ：id % bitmap.size = 算出當(dāng)前這個id對應(yīng)應(yīng)該落在bitmap的哪個索引上，然后將這個值從0變成1，然后當(dāng)用戶來查詢數(shù)據(jù)時，此時已經(jīng)沒有了list，讓用戶用他查詢的id去用相同的哈希算法， 算出來當(dāng)前這個id應(yīng)當(dāng)落在bitmap的哪一位，然后判斷這一位是0，還是1，如果是0則表明這一位上的數(shù)據(jù)一定不存在，采用這種方式來處理，需要重點(diǎn)考慮一個事情，就是誤差率，所謂的誤差率就是指當(dāng)發(fā)生哈希沖突的時候，產(chǎn)生的誤差。

小結(jié)

以上就是對 微服務(wù) Spring Boot 整合 Redis BitMap 實(shí)現(xiàn) 簽到與統(tǒng)計(jì) 的簡單介紹，簽到功能是很常用的，在項(xiàng)目中，是一個不錯的亮點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)功能也是各大系統(tǒng)中比較重要的功能，簽到完成后，去統(tǒng)計(jì)本月的連續(xù) 簽到記錄，來給予獎勵，可大大增加用戶對系統(tǒng)的活躍度。

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