Redis Bitmap

Bitmap（位图）是 Redis 提供的一种用于处理二进制位（bit）的特殊数据结构，它基于 String 类型，每个 bit 代表一个布尔值（0 或 1），可以用于存储大规模的二值状态数据，如签到、活跃用户统计、去重等。

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1. Bitmap 基本原理

• Bitmap 本质上是一个二进制数组，每个 bit 仅占 1 位，相比普通的 String 存储方式（每个字符 8 位），能大幅节省空间。
• Redis 并没有单独的数据类型 Bitmap，它是基于 String 结构的。
• 通过 位运算（SETBIT、GETBIT、BITCOUNT、BITOP 等）高效存取数据。

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2. Bitmap 常用命令

（1）SETBIT：设置某一位的值

SETBIT key offset value

• key：键名
• offset：bit 偏移量（从 0 开始）
• value：0 或 1

📌 示例

SETBIT user:1001 1 1  # 将 user:1001 的第 1 位设置为 1
SETBIT user:1001 2 0  # 将 user:1001 的第 2 位设置为 0
SETBIT user:1001 5 1  # 将 user:1001 的第 5 位设置为 1

假设 user:1001 初始状态是：（每个 0 代表 1 bit，总共 32 bit = 4 字节）

00000000 00000000 00000000 00000000

执行：

SETBIT user:1001 5 1  # 将 user:1001 的第 5 位设置为 1

SETBIT user:1001 5 1

结果变成：

00000100 00000000 00000000 00000000

第 5 位（从 0 开始计数，即第 6 个 bit）被设置为 1。

作用：类似于一个布尔数组，可用于表示某个用户在不同时间点的状态（如签到）。

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（2）GETBIT：获取某一位的值

GETBIT key offset

• key：键名
• offset：bit 偏移量

📌 示例

GETBIT user:1001 1  # 返回 1
GETBIT user:1001 2  # 返回 0
GETBIT user:1001 5  # 返回 1

作用：查询某个状态，如某用户是否签到。

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（3）BITCOUNT：统计 bit 为 1 的个数

BITCOUNT key [start end]

• key：键名
• [start end]（可选）：字节范围（默认统计整个 key）

📌 示例

BITCOUNT user:1001  # 统计 user:1001 中 bit 为 1 的个数

作用：

• 统计某个用户的签到次数
• 统计一段时间内活跃用户数量

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（4）BITOP：对多个 Bitmap 进行位运算

BITOP operation destKey key1 key2 ...

• operation：
  • AND（与）
  • OR（或）
  • XOR（异或）
  • NOT（非）
• destKey：存储结果的 key
• key1 key2 ...：参与运算的 key

📌 示例

BITOP AND active_users today yesterday  # 统计连续两天都活跃的用户
BITOP OR total_active day1 day2 day3    # 统计三天内活跃过的用户

作用：

• 计算多天签到的交集、并集
• 统计活跃用户

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3. Bitmap 典型应用

（1）用户签到

场景：每个用户有一个 31 位的 Bitmap（对应 31 天），bit 为 1 表示已签到，0 表示未签到。

📌 示例

SETBIT sign:1001:20240301 0 1  # 用户 1001 在 3 月 1 日签到
SETBIT sign:1001:20240302 1 1  # 3 月 2 日签到
SETBIT sign:1001:20240303 2 1  # 3 月 3 日签到
GETBIT sign:1001:20240303 2  # 查询 3 月 3 日是否签到（返回 1）
BITCOUNT sign:1001:202403  # 查询用户 1001 3 月签到次数

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（2）统计活跃用户

场景：每天创建一个 Bitmap，记录活跃用户（bit 位置对应用户 ID）。

📌 示例

SETBIT active:20240301 1001 1  # 用户 1001 3 月 1 日活跃
SETBIT active:20240301 1002 1  # 用户 1002 3 月 1 日活跃
SETBIT active:20240302 1002 1  # 用户 1002 3 月 2 日活跃
BITCOUNT active:20240301  # 统计 3 月 1 日活跃用户数
BITOP AND active_both active:20240301 active:20240302  # 统计连续两天活跃的用户

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（3）A/B 测试 & 用户权限控制

场景：用 Bitmap 存储用户是否属于 A/B 测试组或是否拥有某个权限。

📌 示例

SETBIT experiment:groupA 1001 1  # 用户 1001 参与 A 组测试
SETBIT experiment:groupB 1002 1  # 用户 1002 参与 B 组测试
GETBIT experiment:groupA 1001  # 查询用户 1001 是否在 A 组

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4. Bitmap 优势

✅ 节省空间：1 个 bit 仅占 1/8 字节，非常适合存储大规模用户数据（如千万级别用户签到情况）。
✅ 高效查询：GETBIT 和 SETBIT 操作时间复杂度为 O(1)，快速读写。
✅ 支持批量运算：BITCOUNT、BITOP 等可进行高效统计。

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5. Bitmap 限制

❌ 不支持删除某个 bit（只能置 0，无法真正删除）。
❌ 不支持范围查询（需要配合 BITCOUNT 和 GETBIT）。
❌ 偏移量有限制（Redis 最大 String 长度约 512MB，即支持 2^32 个 bit）。

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6. 总结

功能	命令	作用
设置 bit	SETBIT key offset value	设置指定偏移量的 bit
获取 bit	GETBIT key offset	获取指定偏移量的 bit
统计 1 的数量	BITCOUNT key	统计 key 中 bit 为 1 的个数
位运算	BITOP operation destKey key1 key2	对多个 Bitmap 进行 AND/OR/XOR/NOT 运算

Bitmap 非常适合用于海量用户数据的布尔状态存储，如签到、活跃用户、权限控制等场景。

参考文献

[1] https://redis.io/docs/latest/develop/data-types/bitmaps/