Redis Bitmap

Bitmap（位圖）是 Redis 提供的一種用于處理二進制位（bit）的特殊數據結構，它基于 String 類型，每個 bit 代表一個布爾值（0 或 1），可以用于存儲大規模的二值狀態數據，如簽到、活躍用戶統計、去重等。

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1. Bitmap 基本原理

• Bitmap 本質上是一個二進制數組，每個 bit 僅占 1 位，相比普通的 String 存儲方式（每個字符 8 位），能大幅節省空間。
• Redis 并沒有單獨的數據類型 Bitmap，它是基于 String 結構的。
• 通過 位運算（SETBIT、GETBIT、BITCOUNT、BITOP 等）高效存取數據。

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2. Bitmap 常用命令

（1）SETBIT：設置某一位的值

SETBIT key offset value

• key：鍵名
• offset：bit 偏移量（從 0 開始）
• value：0 或 1

📌 示例

SETBIT user:1001 1 1  # 將 user:1001 的第 1 位設置為 1
SETBIT user:1001 2 0  # 將 user:1001 的第 2 位設置為 0
SETBIT user:1001 5 1  # 將 user:1001 的第 5 位設置為 1

假設 user:1001 初始狀態是：（每個 0 代表 1 bit，總共 32 bit = 4 字節）

00000000 00000000 00000000 00000000

執行：

SETBIT user:1001 5 1  # 將 user:1001 的第 5 位設置為 1

SETBIT user:1001 5 1

結果變成：

00000100 00000000 00000000 00000000

第 5 位（從 0 開始計數，即第 6 個 bit）被設置為 1。

作用：類似于一個布爾數組，可用于表示某個用戶在不同時間點的狀態（如簽到）。

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（2）GETBIT：獲取某一位的值

GETBIT key offset

• key：鍵名
• 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：查詢某個狀態，如某用戶是否簽到。

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（3）BITCOUNT：統計 bit 為 1 的個數

BITCOUNT key [start end]

• key：鍵名
• [start end]（可選）：字節范圍（默認統計整個 key）

📌 示例

BITCOUNT user:1001  # 統計 user:1001 中 bit 為 1 的個數

作用：

• 統計某個用戶的簽到次數
• 統計一段時間內活躍用戶數量

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（4）BITOP：對多個 Bitmap 進行位運算

BITOP operation destKey key1 key2 ...

• operation：
  • AND（與）
  • OR（或）
  • XOR（異或）
  • NOT（非）
• destKey：存儲結果的 key
• key1 key2 ...：參與運算的 key

📌 示例

BITOP AND active_users today yesterday  # 統計連續兩天都活躍的用戶
BITOP OR total_active day1 day2 day3    # 統計三天內活躍過的用戶

作用：

• 計算多天簽到的交集、并集
• 統計活躍用戶

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3. Bitmap 典型應用

（1）用戶簽到

場景：每個用戶有一個 31 位的 Bitmap（對應 31 天），bit 為 1 表示已簽到，0 表示未簽到。

📌 示例

SETBIT sign:1001:20240301 0 1  # 用戶 1001 在 3 月 1 日簽到
SETBIT sign:1001:20240302 1 1  # 3 月 2 日簽到
SETBIT sign:1001:20240303 2 1  # 3 月 3 日簽到
GETBIT sign:1001:20240303 2  # 查詢 3 月 3 日是否簽到（返回 1）
BITCOUNT sign:1001:202403  # 查詢用戶 1001 3 月簽到次數

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（2）統計活躍用戶

場景：每天創建一個 Bitmap，記錄活躍用戶（bit 位置對應用戶 ID）。

📌 示例

SETBIT active:20240301 1001 1  # 用戶 1001 3 月 1 日活躍
SETBIT active:20240301 1002 1  # 用戶 1002 3 月 1 日活躍
SETBIT active:20240302 1002 1  # 用戶 1002 3 月 2 日活躍
BITCOUNT active:20240301  # 統計 3 月 1 日活躍用戶數
BITOP AND active_both active:20240301 active:20240302  # 統計連續兩天活躍的用戶

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（3）A/B 測試 & 用戶權限控制

場景：用 Bitmap 存儲用戶是否屬于 A/B 測試組或是否擁有某個權限。

📌 示例

SETBIT experiment:groupA 1001 1  # 用戶 1001 參與 A 組測試
SETBIT experiment:groupB 1002 1  # 用戶 1002 參與 B 組測試
GETBIT experiment:groupA 1001  # 查詢用戶 1001 是否在 A 組

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4. Bitmap 優勢

? 節省空間：1 個 bit 僅占 1/8 字節，非常適合存儲大規模用戶數據（如千萬級別用戶簽到情況）。
? 高效查詢：GETBIT 和 SETBIT 操作時間復雜度為 O(1)，快速讀寫。
? 支持批量運算：BITCOUNT、BITOP 等可進行高效統計。

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5. Bitmap 限制

? 不支持刪除某個 bit（只能置 0，無法真正刪除）。
? 不支持范圍查詢（需要配合 BITCOUNT 和 GETBIT）。
? 偏移量有限制（Redis 最大 String 長度約 512MB，即支持 2^32 個 bit）。

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6. 總結

功能	命令	作用
設置 bit	SETBIT key offset value	設置指定偏移量的 bit
獲取 bit	GETBIT key offset	獲取指定偏移量的 bit
統計 1 的數量	BITCOUNT key	統計 key 中 bit 為 1 的個數
位運算	BITOP operation destKey key1 key2	對多個 Bitmap 進行 AND/OR/XOR/NOT 運算

Bitmap 非常適合用于海量用戶數據的布爾狀態存儲，如簽到、活躍用戶、權限控制等場景。

參考文獻

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