Redis中5種BitMap應(yīng)用場(chǎng)景及實(shí)現(xiàn)介紹

更新時(shí)間：2025年04月16日 08:19:13 作者：風(fēng)象南

Redis BitMap是一種高效的位操作數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)在處理海量數(shù)據(jù)的布爾型狀態(tài)時(shí)尤其高效,下面小編就來(lái)和大家簡(jiǎn)單介紹一下5種它的應(yīng)用場(chǎng)景及實(shí)現(xiàn)方法吧

Redis BitMap是一種高效的位操作數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它將字符串看作是由二進(jìn)制位組成的數(shù)組。在Redis中，一個(gè)BitMap最大可存儲(chǔ)2^32個(gè)位，約512MB，而操作單個(gè)位的時(shí)間復(fù)雜度為O(1)。這種結(jié)構(gòu)在處理海量數(shù)據(jù)的布爾型狀態(tài)時(shí)尤其高效，能在極小的內(nèi)存占用下完成高性能的統(tǒng)計(jì)與分析任務(wù)。

一、Redis BitMap基礎(chǔ)

1.1 基本概念

BitMap本質(zhì)上是一個(gè)位數(shù)組，數(shù)組的每個(gè)元素只能是0或1。在Redis中，BitMap是基于String類型實(shí)現(xiàn)的，一個(gè)字符串的每個(gè)字節(jié)(8位)可以表示8個(gè)不同位，從而實(shí)現(xiàn)了位數(shù)組的功能。

1.2 核心命令

Redis提供了一系列操作BitMap的命令：

SETBIT key offset value：設(shè)置key在offset處的位值
GETBIT key offset：獲取key在offset處的位值
BITCOUNT key [start end] ：統(tǒng)計(jì)指定范圍內(nèi)1的數(shù)量
BITPOS key bit [start end] ：返回第一個(gè)被設(shè)置為bit值的位的位置
BITOP operation destkey key [key ...] ：對(duì)多個(gè)BitMap執(zhí)行位操作(AND, OR, XOR, NOT)
BITFIELD key [GET type offset] [SET type offset value] ：原子操作多個(gè)位域

二、應(yīng)用場(chǎng)景1：用戶簽到系統(tǒng)

2.1 場(chǎng)景描述

在許多應(yīng)用中，需要記錄用戶每天是否簽到，并支持查詢用戶連續(xù)簽到天數(shù)、當(dāng)月簽到總天數(shù)等統(tǒng)計(jì)功能。傳統(tǒng)的方案可能使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)每日簽到記錄，但這種方式既耗費(fèi)存儲(chǔ)空間，查詢效率也低。

2.2 BitMap解決方案

使用BitMap，我們可以用一個(gè)位表示一天的簽到狀態(tài)，一個(gè)月只需30-31位，非常節(jié)省空間。

2.3 實(shí)現(xiàn)示例

import redis.clients.jedis.Jedis;
import java.time.LocalDate;
import java.time.format.DateTimeFormatter;

public class SignInSystem {
    private Jedis jedis;
    private static final DateTimeFormatter MONTH_FORMATTER = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyyMM");
    
    public SignInSystem(String host, int port) {
        this.jedis = new Jedis(host, port);
    }
    
    // 用戶簽到
    public void signIn(long userId, LocalDate date) {
        String signKey = getSignKey(userId, date);
        int dayOfMonth = date.getDayOfMonth() - 1; // Redis BitMap是0-based
        jedis.setbit(signKey, dayOfMonth, true);
    }
    
    // 檢查用戶是否簽到
    public boolean hasSignedIn(long userId, LocalDate date) {
        String signKey = getSignKey(userId, date);
        int dayOfMonth = date.getDayOfMonth() - 1;
        return jedis.getbit(signKey, dayOfMonth);
    }
    
    // 獲取用戶當(dāng)月簽到次數(shù)
    public long getMonthlySignCount(long userId, LocalDate date) {
        String signKey = getSignKey(userId, date);
        return jedis.bitcount(signKey);
    }
    
    // 獲取用戶當(dāng)月首次簽到日期
    public int getFirstSignInDay(long userId, LocalDate date) {
        String signKey = getSignKey(userId, date);
        long pos = jedis.bitpos(signKey, true);
        return pos == -1 ? -1 : (int) pos + 1; // 轉(zhuǎn)換回自然日
    }
    
    // 獲取用戶當(dāng)月連續(xù)簽到天數(shù)
    public int getConsecutiveSignDays(long userId, LocalDate date) {
        String signKey = getSignKey(userId, date);
        int dayOfMonth = date.getDayOfMonth() - 1;
        int count = 0;
        
        // 從當(dāng)天開始向前查找連續(xù)簽到的天數(shù)
        for (int i = dayOfMonth; i >= 0; i--) {
            if (jedis.getbit(signKey, i)) {
                count++;
            } else {
                break;
            }
        }
        return count;
    }
    
    // 構(gòu)建簽到Key
    private String getSignKey(long userId, LocalDate date) {
        return "user:sign:" + userId + ":" + date.format(MONTH_FORMATTER);
    }
}

2.4 性能與空間分析

空間占用：每個(gè)用戶每月僅需4字節(jié)(1個(gè)整型)就能存儲(chǔ)所有簽到記錄
時(shí)間復(fù)雜度：?jiǎn)未魏灥?查詢操作為O(1)
優(yōu)勢(shì)：極低的存儲(chǔ)成本，高效的統(tǒng)計(jì)能力

三、應(yīng)用場(chǎng)景2：在線用戶統(tǒng)計(jì)

3.1 場(chǎng)景描述

大型系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)在線用戶數(shù)，及分析用戶活躍情況，如日活躍用戶數(shù)(DAU)、月活躍用戶數(shù)(MAU)等關(guān)鍵指標(biāo)。傳統(tǒng)方案可能使用Set或Hash結(jié)構(gòu)，但面對(duì)海量用戶時(shí)會(huì)消耗大量?jī)?nèi)存。

3.2 BitMap解決方案

使用BitMap，用戶ID可以直接映射為位偏移量，每個(gè)用戶只占用1位。一千萬(wàn)用戶只需約1.2MB內(nèi)存。

3.3 實(shí)現(xiàn)示例

import redis.clients.jedis.Jedis;
import java.time.LocalDate;
import java.time.format.DateTimeFormatter;

public class UserActivityTracker {
    private Jedis jedis;
    private static final DateTimeFormatter DATE_FORMATTER = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyyMMdd");
    
    public UserActivityTracker(String host, int port) {
        this.jedis = new Jedis(host, port);
    }
    
    // 記錄用戶活躍
    public void trackUserActivity(long userId, LocalDate date) {
        String key = getActivityKey(date);
        jedis.setbit(key, userId, true);
    }
    
    // 獲取日活躍用戶數(shù)(DAU)
    public long getDailyActiveUsers(LocalDate date) {
        String key = getActivityKey(date);
        return jedis.bitcount(key);
    }
    
    // 獲取月活躍用戶數(shù)(MAU)
    public long getMonthlyActiveUsers(int year, int month) {
        LocalDate startDate = LocalDate.of(year, month, 1);
        LocalDate endDate = startDate.plusMonths(1).minusDays(1);
        
        // 創(chuàng)建臨時(shí)結(jié)果鍵
        String destKey = "temp:mau:" + year + month;
        
        // 收集整月的所有日期的活躍用戶
        for (LocalDate date = startDate; !date.isAfter(endDate); date = date.plusDays(1)) {
            String dayKey = getActivityKey(date);
            // 使用OR操作合并日活躍數(shù)據(jù)
            jedis.bitop("OR", destKey, destKey, dayKey);
        }
        
        // 計(jì)算總活躍用戶數(shù)
        long mau = jedis.bitcount(destKey);
        
        // 清理臨時(shí)鍵
        jedis.del(destKey);
        
        return mau;
    }
    
    // 判斷兩天的活躍用戶重合度 (留存率相關(guān))
    public long getActiveUserOverlap(LocalDate date1, LocalDate date2) {
        String key1 = getActivityKey(date1);
        String key2 = getActivityKey(date2);
        String destKey = "temp:overlap:" + date1.format(DATE_FORMATTER) + ":" + date2.format(DATE_FORMATTER);
        
        // 使用AND操作找出兩天都活躍的用戶
        jedis.bitop("AND", destKey, key1, key2);
        long overlap = jedis.bitcount(destKey);
        
        // 清理臨時(shí)鍵
        jedis.del(destKey);
        
        return overlap;
    }
    
    // 獲取活躍用戶Key
    private String getActivityKey(LocalDate date) {
        return "user:active:" + date.format(DATE_FORMATTER);
    }
}

3.4 拓展：次日留存率計(jì)算

public double getRetentionRate(LocalDate date) {
    LocalDate nextDate = date.plusDays(1);
    
    // 當(dāng)天活躍用戶數(shù)
    long todayActive = getDailyActiveUsers(date);
    if (todayActive == 0) return 0.0;
    
    // 計(jì)算當(dāng)天活躍用戶中第二天仍活躍的用戶數(shù)
    long overlap = getActiveUserOverlap(date, nextDate);
    
    // 計(jì)算留存率
    return (double) overlap / todayActive;
}

四、應(yīng)用場(chǎng)景3：布隆過(guò)濾器實(shí)現(xiàn)

4.1 場(chǎng)景描述

布隆過(guò)濾器是一種空間效率高的概率性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于判斷元素是否存在于集合中。它在大數(shù)據(jù)、緩存穿透防護(hù)、垃圾郵件過(guò)濾等場(chǎng)景中廣泛應(yīng)用。布隆過(guò)濾器可能存在誤判，但它能以極小的內(nèi)存代價(jià)完成高效的查詢。

4.2 BitMap解決方案

使用Redis的BitMap可以輕松實(shí)現(xiàn)布隆過(guò)濾器，通過(guò)多個(gè)哈希函數(shù)將元素映射到位數(shù)組的不同位置。

4.3 實(shí)現(xiàn)示例

import redis.clients.jedis.Jedis;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class RedisBloomFilter {
    private Jedis jedis;
    private String key;
    private int hashFunctions;
    private long size;
    
    /**
     * 創(chuàng)建布隆過(guò)濾器
     * @param host Redis主機(jī)
     * @param port Redis端口
     * @param key 過(guò)濾器鍵名
     * @param size 位數(shù)組大小
     * @param hashFunctions 哈希函數(shù)數(shù)量
     */
    public RedisBloomFilter(String host, int port, String key, long size, int hashFunctions) {
        this.jedis = new Jedis(host, port);
        this.key = key;
        this.size = size;
        this.hashFunctions = hashFunctions;
    }
    
    /**
     * 添加元素到布隆過(guò)濾器
     */
    public void add(String value) {
        for (long position : getHashPositions(value)) {
            jedis.setbit(key, position, true);
        }
    }
    
    /**
     * 判斷元素是否可能存在于過(guò)濾器中
     * @return true表示可能存在，false表示一定不存在
     */
    public boolean mightContain(String value) {
        for (long position : getHashPositions(value)) {
            if (!jedis.getbit(key, position)) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }
    
    /**
     * 計(jì)算元素在布隆過(guò)濾器中的多個(gè)位置
     */
    private List<Long> getHashPositions(String value) {
        List<Long> positions = new ArrayList<>(hashFunctions);
        
        try {
            MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
            byte[] bytes = md.digest(value.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            
            // 使用同一個(gè)MD5值生成多個(gè)哈希位置
            for (int i = 0; i < hashFunctions; i++) {
                long hashValue = 0;
                for (int j = i * 4; j < i * 4 + 4; j++) {
                    hashValue <<= 8;
                    int index = j % bytes.length;
                    hashValue |= (bytes[index] & 0xFF);
                }
                positions.add(Math.abs(hashValue % size));
            }
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            throw new RuntimeException("MD5 algorithm not found", e);
        }
        
        return positions;
    }
    
    /**
     * 重置過(guò)濾器
     */
    public void clear() {
        jedis.del(key);
    }
}

4.4 應(yīng)用實(shí)例：緩存穿透防護(hù)

public class CacheService {
    private RedisBloomFilter bloomFilter;
    private Jedis jedis;
    
    public CacheService(String host, int port) {
        this.jedis = new Jedis(host, port);
        // 創(chuàng)建布隆過(guò)濾器，大小為1000萬(wàn)位，使用7個(gè)哈希函數(shù)
        this.bloomFilter = new RedisBloomFilter(host, port, "cache:bloom:filter", 10_000_000, 7);
        
        // 初始化過(guò)濾器，添加所有有效的ID
        initBloomFilter();
    }
    
    private void initBloomFilter() {
        // 模擬從數(shù)據(jù)庫(kù)加載所有有效ID并添加到布隆過(guò)濾器
        List<String> allValidIds = getAllIdsFromDatabase();
        for (String id : allValidIds) {
            bloomFilter.add(id);
        }
    }
    
    public String getDataById(String id) {
        // 首先檢查ID是否可能存在
        if (!bloomFilter.mightContain(id)) {
            return null; // ID一定不存在，直接返回
        }
        
        // 嘗試從緩存獲取
        String cacheKey = "cache:data:" + id;
        String data = jedis.get(cacheKey);
        
        if (data != null) {
            return data; // 緩存命中
        }
        
        // 緩存未命中，從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取
        data = getFromDatabase(id);
        
        if (data != null) {
            // 存入緩存
            jedis.setex(cacheKey, 3600, data);
            return data;
        }
        
        // ID不存在于數(shù)據(jù)庫(kù)（布隆過(guò)濾器誤判的情況）
        return null;
    }
    
    // 模擬從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取數(shù)據(jù)
    private String getFromDatabase(String id) {
        // 實(shí)際項(xiàng)目中會(huì)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)
        return null; // 模擬數(shù)據(jù)不存在
    }
    
    // 模擬從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取所有ID
    private List<String> getAllIdsFromDatabase() {
        // 實(shí)際項(xiàng)目中會(huì)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)獲取所有有效ID
        return new ArrayList<>();
    }
}

五、應(yīng)用場(chǎng)景4：用戶行為分析與推薦系統(tǒng)

5.1 場(chǎng)景描述

在推薦系統(tǒng)中，需要分析用戶對(duì)不同物品（如文章、商品）的行為偏好，包括瀏覽、收藏、點(diǎn)贊等。這些數(shù)據(jù)用于構(gòu)建用戶畫像和內(nèi)容推薦算法的輸入。傳統(tǒng)方案可能使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)或文檔數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)這些行為記錄，但在大規(guī)模場(chǎng)景下會(huì)面臨存儲(chǔ)和查詢效率問(wèn)題。

5.2 BitMap解決方案

使用BitMap可以高效存儲(chǔ)用戶對(duì)物品的偏好狀態(tài)。例如，使用不同的BitMap記錄用戶是否瀏覽、收藏、購(gòu)買某商品。

5.3 實(shí)現(xiàn)示例

import redis.clients.jedis.Jedis;
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashSet;
import java.util.List;
import java.util.Set;

public class UserBehaviorAnalyzer {
    private Jedis jedis;
    
    // 行為類型常量
    private static final String VIEW = "view";
    private static final String LIKE = "like";
    private static final String COLLECT = "collect";
    private static final String PURCHASE = "purchase";
    
    public UserBehaviorAnalyzer(String host, int port) {
        this.jedis = new Jedis(host, port);
    }
    
    /**
     * 記錄用戶對(duì)物品的行為
     * @param userId 用戶ID
     * @param itemId 物品ID
     * @param behaviorType 行為類型
     */
    public void recordBehavior(long userId, long itemId, String behaviorType) {
        String key = getBehaviorKey(userId, behaviorType);
        jedis.setbit(key, itemId, true);
    }
    
    /**
     * 檢查用戶是否對(duì)物品有過(guò)特定行為
     */
    public boolean hasBehavior(long userId, long itemId, String behaviorType) {
        String key = getBehaviorKey(userId, behaviorType);
        return jedis.getbit(key, itemId);
    }
    
    /**
     * 獲取用戶對(duì)特定行為的物品總數(shù)
     */
    public long getBehaviorCount(long userId, String behaviorType) {
        String key = getBehaviorKey(userId, behaviorType);
        return jedis.bitcount(key);
    }
    
    /**
     * 獲取有特定行為的用戶總數(shù)
     */
    public long getUserCountWithBehavior(long itemId, String behaviorType) {
        // 這個(gè)實(shí)現(xiàn)需要遍歷所有用戶，實(shí)際應(yīng)用中可能需要其他方式優(yōu)化
        // 這里僅作示例，實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)考慮性能影響
        int userCount = 0;
        
        // 假設(shè)用戶ID范圍是1-10000
        for (long userId = 1; userId <= 10000; userId++) {
            if (hasBehavior(userId, itemId, behaviorType)) {
                userCount++;
            }
        }
        
        return userCount;
    }
    
    /**
     * 計(jì)算用戶之間的行為相似度（用于協(xié)同過(guò)濾推薦）
     * @return 返回兩個(gè)用戶共同行為的物品數(shù)量
     */
    public long calculateUserSimilarity(long userId1, long userId2, String behaviorType) {
        String key1 = getBehaviorKey(userId1, behaviorType);
        String key2 = getBehaviorKey(userId2, behaviorType);
        String destKey = "temp:similarity:" + userId1 + ":" + userId2 + ":" + behaviorType;
        
        // 使用AND操作找出共同行為
        jedis.bitop("AND", destKey, key1, key2);
        long similarity = jedis.bitcount(destKey);
        
        // 清理臨時(shí)鍵
        jedis.del(destKey);
        
        return similarity;
    }
    
    /**
     * 基于用戶行為生成物品推薦
     * @return 推薦物品ID列表
     */
    public List<Long> getRecommendations(long userId, int limit) {
        List<Long> recommendations = new ArrayList<>();
        Set<Long> alreadyViewed = new HashSet<>();
        
        // 獲取用戶已瀏覽物品
        String viewKey = getBehaviorKey(userId, VIEW);
        for (long i = 0; i < 10000; i++) { // 假設(shè)物品ID范圍
            if (jedis.getbit(viewKey, i)) {
                alreadyViewed.add(i);
            }
        }
        
        // 找出具有相似行為的用戶
        List<Long> similarUsers = findSimilarUsers(userId);
        
        // 從相似用戶的瀏覽記錄中推薦物品
        for (Long similarUserId : similarUsers) {
            String otherViewKey = getBehaviorKey(similarUserId, VIEW);
            for (long i = 0; i < 10000; i++) { // 假設(shè)物品ID范圍
                if (recommendations.size() >= limit) {
                    break;
                }
                
                // 只推薦用戶未瀏覽過(guò)的物品
                if (jedis.getbit(otherViewKey, i) && !alreadyViewed.contains(i)) {
                    recommendations.add(i);
                    alreadyViewed.add(i); // 避免重復(fù)推薦
                }
            }
        }
        
        return recommendations;
    }
    
    // 查找相似用戶
    private List<Long> findSimilarUsers(long userId) {
        // 實(shí)際應(yīng)用中可能需要更復(fù)雜的算法
        // 這里僅作示例
        List<Long> similarUsers = new ArrayList<>();
        
        // 假設(shè)用戶ID范圍是1-10000
        for (long otherUserId = 1; otherUserId <= 10000; otherUserId++) {
            if (userId == otherUserId) continue;
            
            long similarityScore = calculateUserSimilarity(userId, otherUserId, VIEW);
            if (similarityScore > 5) { // 相似度閾值
                similarUsers.add(otherUserId);
            }
            
            if (similarUsers.size() >= 10) {
                break; // 限制相似用戶數(shù)量
            }
        }
        
        return similarUsers;
    }
    
    // 獲取行為Key
    private String getBehaviorKey(long userId, String behaviorType) {
        return "user:" + userId + ":" + behaviorType;
    }
}

六、應(yīng)用場(chǎng)景5：IP地址統(tǒng)計(jì)與黑名單系統(tǒng)

6.1 場(chǎng)景描述

在網(wǎng)絡(luò)安全和流量分析場(chǎng)景中，需要統(tǒng)計(jì)訪問(wèn)IP地址、識(shí)別異常IP、實(shí)現(xiàn)IP黑白名單功能。傳統(tǒng)方案可能使用Hash或Set存儲(chǔ)IP地址，但在大規(guī)模場(chǎng)景下內(nèi)存消耗巨大。

6.2 BitMap解決方案

利用BitMap可以將IP地址映射為位偏移量，極大節(jié)省內(nèi)存。IPv4地址共有2^32個(gè)（約43億），使用BitMap只需512MB內(nèi)存即可表示所有可能的IP地址。

6.3 實(shí)現(xiàn)示例

import redis.clients.jedis.Jedis;
import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

public class IPAddressTracker {
    private Jedis jedis;
    
    public IPAddressTracker(String host, int port) {
        this.jedis = new Jedis(host, port);
    }
    
    /**
     * 將IP地址添加到黑名單
     */
    public void addToBlacklist(String ipAddress) {
        long ipValue = ipToLong(ipAddress);
        jedis.setbit("ip:blacklist", ipValue, true);
    }
    
    /**
     * 檢查IP是否在黑名單中
     */
    public boolean isBlacklisted(String ipAddress) {
        long ipValue = ipToLong(ipAddress);
        return jedis.getbit("ip:blacklist", ipValue);
    }
    
    /**
     * 記錄IP訪問(wèn)
     */
    public void trackIPVisit(String ipAddress) {
        long ipValue = ipToLong(ipAddress);
        jedis.setbit("ip:visited", ipValue, true);
    }
    
    /**
     * 獲取不同IP訪問(wèn)總數(shù)
     */
    public long getUniqueIPCount() {
        return jedis.bitcount("ip:visited");
    }
    
    /**
     * 記錄特定日期的IP訪問(wèn)
     */
    public void trackIPVisitByDate(String ipAddress, String date) {
        long ipValue = ipToLong(ipAddress);
        jedis.setbit("ip:visited:" + date, ipValue, true);
    }
    
    /**
     * 獲取特定日期的不同IP訪問(wèn)數(shù)
     */
    public long getUniqueIPCountByDate(String date) {
        return jedis.bitcount("ip:visited:" + date);
    }
    
    /**
     * 獲取連續(xù)多天都活躍的IP數(shù)量
     */
    public long getActiveIPsForDays(String[] dates) {
        if (dates.length == 0) return 0;
        
        String destKey = "temp:active:ips";
        
        // 復(fù)制第一天的數(shù)據(jù)
        jedis.bitop("AND", destKey, "ip:visited:" + dates[0]);
        
        // 對(duì)所有日期執(zhí)行AND操作
        for (int i = 1; i < dates.length; i++) {
            jedis.bitop("AND", destKey, destKey, "ip:visited:" + dates[i]);
        }
        
        long count = jedis.bitcount(destKey);
        jedis.del(destKey);
        
        return count;
    }
    
    /**
     * IP地址轉(zhuǎn)為長(zhǎng)整型
     */
    private long ipToLong(String ipAddress) {
        try {
            byte[] bytes = InetAddress.getByName(ipAddress).getAddress();
            long result = 0;
            for (byte b : bytes) {
                result = result << 8 | (b & 0xFF);
            }
            return result;
        } catch (UnknownHostException e) {
            throw new IllegalArgumentException("Invalid IP address: " + ipAddress, e);
        }
    }
    
    /**
     * 長(zhǎng)整型轉(zhuǎn)為IP地址
     */
    private String longToIp(long ip) {
        return ((ip >> 24) & 0xFF) + "." +
               ((ip >> 16) & 0xFF) + "." +
               ((ip >> 8) & 0xFF) + "." +
               (ip & 0xFF);
    }
}

6.4 應(yīng)用實(shí)例：DDOS攻擊防護(hù)

public class DDOSProtection {
    private IPAddressTracker ipTracker;
    private Jedis jedis;
    private String currentDateKey;
    
    public DDOSProtection(String host, int port) {
        this.jedis = new Jedis(host, port);
        this.ipTracker = new IPAddressTracker(host, port);
        updateDateKey();
    }
    
    // 更新日期Key
    private void updateDateKey() {
        String date = java.time.LocalDate.now().toString();
        this.currentDateKey = "ip:access:count:" + date;
    }
    
    /**
     * 記錄IP訪問(wèn)并檢查是否超過(guò)閾值
     * @return true表示IP應(yīng)被阻止
     */
    public boolean shouldBlockIP(String ipAddress, int accessLimit) {
        // 先檢查是否已在黑名單
        if (ipTracker.isBlacklisted(ipAddress)) {
            return true;
        }
        
        // 記錄訪問(wèn)
        long ipValue = ipToLong(ipAddress);
        String accessKey = currentDateKey + ":" + ipAddress;
        
        // 記錄訪問(wèn)次數(shù)并檢查
        long accessCount = jedis.incr(accessKey);
        
        // 設(shè)置24小時(shí)過(guò)期
        if (accessCount == 1) {
            jedis.expire(accessKey, 86400);
        }
        
        // 檢查是否超過(guò)訪問(wèn)限制
        if (accessCount > accessLimit) {
            // 添加到黑名單
            ipTracker.addToBlacklist(ipAddress);
            return true;
        }
        
        return false;
    }
    
    /**
     * IP地址轉(zhuǎn)為長(zhǎng)整型
     */
    private long ipToLong(String ipAddress) {
        try {
            byte[] bytes = java.net.InetAddress.getByName(ipAddress).getAddress();
            long result = 0;
            for (byte b : bytes) {
                result = result << 8 | (b & 0xFF);
            }
            return result;
        } catch (java.net.UnknownHostException e) {
            throw new IllegalArgumentException("Invalid IP address: " + ipAddress, e);
        }
    }
}

七、性能優(yōu)化與最佳實(shí)踐

BitMap在Redis中高效強(qiáng)大，但使用時(shí)需注意以下幾點(diǎn)

7.1 內(nèi)存占用

精確計(jì)算：每8個(gè)bit占用1個(gè)字節(jié)，2^32位需要512MB
自動(dòng)擴(kuò)展：Redis會(huì)根據(jù)設(shè)置的最大位偏移量自動(dòng)擴(kuò)展字符串
稀疏位圖優(yōu)化：對(duì)于非常稀疏的情況，可以考慮使用Hash結(jié)構(gòu)代替

7.2 操作效率

單點(diǎn)操作：GETBIT/SETBIT的時(shí)間復(fù)雜度為O(1)
范圍操作：BITCOUNT/BITPOS在大范圍時(shí)消耗較大，可以限定范圍
位運(yùn)算：BITOP的性能與操作數(shù)長(zhǎng)度成正比，應(yīng)避免對(duì)超大的BitMap執(zhí)行位運(yùn)算

7.3 使用限制

偏移量上限：最大支持2^32-1的偏移量
原子性保證：所有位操作都是原子的，適合并發(fā)場(chǎng)景
持久化考慮：大量BitMap操作會(huì)增加AOF文件大小和RDB快照時(shí)間

7.4 最佳實(shí)踐

合理設(shè)計(jì)鍵名：使用一致的命名規(guī)則，便于管理
定期清理：為臨時(shí)BitMap設(shè)置過(guò)期時(shí)間
批量操作：使用BITFIELD命令批量處理位操作
緩存結(jié)果：對(duì)于頻繁計(jì)算的位統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以緩存
監(jiān)控內(nèi)存：大量BitMap可能導(dǎo)致內(nèi)存激增，應(yīng)監(jiān)控內(nèi)存使用

八、總結(jié)

在實(shí)際應(yīng)用中，BitMap最大的優(yōu)勢(shì)是極低的內(nèi)存消耗和O(1)的操作復(fù)雜度，非常適合處理大規(guī)模集合的成員關(guān)系問(wèn)題。通過(guò)合理設(shè)計(jì)鍵結(jié)構(gòu)和操作邏輯，BitMap可以解決傳統(tǒng)方案難以應(yīng)對(duì)的海量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析挑戰(zhàn)。

以上就是Redis中5種BitMap應(yīng)用場(chǎng)景及實(shí)現(xiàn)介紹的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Redis實(shí)現(xiàn)BitMap的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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