基于BitMap的工作日間隔計算

背景問題

在我們實際開發過程中，時常會遇到日期的間隔計算，即計算多少工作日之后的日期，在不考慮法定節假日的情況下也不是那么復雜，畢竟周六、周日是相對固定的，Java語言也提供了豐富的類來處理此問題。
然而，當考慮法定節假日，原先的工作日也許變成了休息日，同樣原先的休息日變成了工作日，再加上大多數客戶是內網環境，節假日信息不得不維護到數據庫，所以復雜度立馬提升了N個檔次。
由此，這里提供一些思路僅供參考。

準備工作

我們可以通過如下網址獲取法定節假日的信息法定節假日。返回數據如下，這里只截取部分數據

{"2024-01-01": {"date": "2024-01-01","name": "元旦","isOffDay": true},"2024-02-04": {"date": "2024-02-04","name": "春節","isOffDay": false},"2024-02-10": {"date": "2024-02-10","name": "春節","isOffDay": true},"2024-02-11": {"date": "2024-02-11","name": "春節","isOffDay": true}
}

在這份數據中，列舉了全部的法定節假日調休信息。isOffDay為true,表示和節假日相關的周六日、非周六周日休假；比如2024-01-01為周一，這里為true,表示休假；再比如2024-02-10，為周六，也表示休假。isOffDay為false,表示周六周日照常上班(也就是我們說的調休)。

解決思路(此章節不是重點，可掠過)

對于此問題，我覺得可以從數據庫的設計入手。數據庫設計有如下幾個思路：

數據庫保存特殊日期的數據。比如本應該工作的日期變成了節假日，本應該休息的日期變成了工作日。
- 入庫邏輯。就拿上面的數據，如果isOffDay為false,我們肯定全部入庫。如果isOffDay為true，還需要判斷日期是否為周六日，如果不是需要入庫。
- 計算工作日。需要針對每一天都要判斷是否異常，首先按照正常邏輯處理，然后查詢數據庫，如果異常(數據庫存在)，將結果取反。比如查詢2024-4-28以后10個工作日的日期，首先查看2024-4-29是否為周末，這里是周一。然后查詢數據庫，數據庫不存在。所以為工作日，計1天，由此向后推10個工作日。
數據庫保存放假的數據。
- 入庫邏輯。首先通過Java提供的日期類，計算出周六周日的日期列表。然后根據接口提供的數據，如果isOffDay為false，將此日期在集合中移除；如果isOffDay為true，判斷是否為周六日，如果不是，加入到集合中。最后將集合保存到數據庫。
- 計算工作日。針對每天，需要查詢數據庫。如果數據庫不存在，則工作日＋1，否則不變。這里也可以將數據一次性讀取，在內存中處理。
數據庫保存工作日數據。
- 入庫邏輯。這個和存放放假數據相反。
- 查詢工作日。這里可以通過sql就可以查詢。比如查詢2024-04-28后10個工作日日期。
```
select * from t_work_date where f_date > '2024-04-28' order by f_date limit 10
```
  最后一條數據就是指定的工作日。

當然，也可以將所有的數據存放到數據庫。增加一個是否工作日的標識。同樣可以通過sql搞定。

基于BitMap

上面思路僅供我們了解，不是這次重點。下面我們重點說明BitMap怎么計算工作日指定天數后的日期。我們知道，對于一個日期，它要么是工作，要么休息，我們很容易想到0和1。我們可以將1代表工作日，將0代表休息日。所以針對一年的數據，我們只用365(或者366)個0和1表示就行。接下來，我們同樣按照入庫邏輯和計算工作日兩個方面說明此問題。

入庫邏輯

數據庫設計

這里我們創建一張表包含兩個字段，f_year和f_data。這里基于postgresql存儲,sql語句如下：

create table t_date(f_year int2,data BYTEA
);

主要邏輯

由于下面代碼注釋很全面，這里就不寫處理邏輯了。需要說明的是這里用到了Java提供的BitSet類。
這個類和其他數組一樣，索引也是從0開始的。

/*** 填充數據。* @param year 計算的年份*/
private static BitSet fillData(Integer year){//返回一年多少天int days = Year.of(year).length();//初始化這一年多少天。BitSet bitSet = new BitSet(days);//默認0，這里反轉，全部變為1bitSet.flip(0,days);//計算當前年第一個周六的日期LocalDate firstSaturday = LocalDate.of(year, 1, 1).with(TemporalAdjusters.nextOrSame(DayOfWeek.SATURDAY));//計算第一個周六在這個月是第幾天       int dayOfMonth = firstSaturday.getDayOfMonth();//如果是第7天，說明1月1日是周日。所以先將第一天放假。if(dayOfMonth == 7){bitSet.set(0,false);}//當前周六，7天往后循環加，知道當期年最后一天。for (int i = dayOfMonth; i <= days; i=i+7) {//由于索引從0開始，所以這里-1，//周六放假bitSet.set(i-1,false);//周日放假bitSet.set(i,false);}//解析接口的數據為JSON。這里需要自行調用接口獲取json數據JSONObject jsonObject = JSONObject.parseObject(json);jsonObject.forEach((k,v)->{//k為日期，v:日期信息{"date": "2024-01-01","name": "元旦","isOffDay": true}LocalDate k1 = LocalDate.parse(k);//獲取當前日期在年份是第幾天int dayOfYear = k1.getDayOfYear();JSONObject dataInfo = (JSONObject) v;//當前日期是否放假。true:放假。false:不放假Boolean isOffDay = dataInfo.getBoolean("isOffDay");//由于bitSet索引是從0開始，所以這里要減1.//我們這里存儲的剛好和是否放假相反，所以這里取反bitSet.set(dayOfYear-1,!isOffDay);});return bitSet;
}

這里我們計算得到的BitMap數據，并將其打印：

private static void printBitSet(BitSet bitSet){for (int i = 0; i < bitSet.length(); i++) {if(i % 8 == 0){System.out.println();}else if(i % 4 == 0){System.out.print(" ");}System.out.print(bitSet.get(i)?1:0);}
}

截取部分數據，下面雙斜線后面的不是輸出內容。

0111 1001 //1.8
1111 0011 //1.16
1110 0111 //1.24
1100 1111 //2.1
1011 1111 //2.9
0000 0000 //2.17
1111 1100  //2.25

我們拿到結果，那么怎么將數據存放的數據庫呢？只要將BitSet轉換為二進制就可以：

byte[] byteArray = bitSet.toByteArray();

這里我們順便看一下長度：46,也就是46個字節。

計算工作日

加載到JVM緩存中

//byteArray為數據庫查詢到的f_data二進制數據
BitSet bitSet  = BitSet.valueOf(byteArray);

計算工作日

/*** 計算指定日期的工作日* @param currentDate 當前日期* @param workDay 工作日長度* @param bitSet 計算數據* @return 計算結果*/
private static LocalDate calWorkData(String currentDate,int workDay,BitSet bitSet){LocalDate parse = LocalDate.parse(currentDate);//獲取當前日在在一年的第幾天int begin = parse.getDayOfYear();//將計算結果先賦值當前日期int last = begin;//workDay個工作日，這里循環workDay此//對于其他的算法，這里循環的次數為工作日的次數+放假的次數for (int i = 0; i < workDay; i++) {//找到下一天后的第一個設置為1的位置。//注意nextSetBit這個方法，從索引值(包括索引值)開始計算,所以這里要先+1。//還有一個方法nextClearBit,表示下一個0的位置。last = bitSet.nextSetBit(++last);}//last就是索引位置，用最后的索引位置-開始的索引的位置，然后將當前日期推后此天數，就是要計算的日期。LocalDate localDate = parse.plusDays(last - (long)begin);System.out.println(localDate);return localDate;
}