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java實(shí)現(xiàn)用戶(hù)簽到BitMap功能實(shí)現(xiàn)demo

更新時(shí)間：2023年11月07日 10:33:57 作者：ChengKe_dawn

這篇文章主要為大家介紹了java實(shí)現(xiàn)用戶(hù)簽到BitMap功能實(shí)現(xiàn)demo,有需要的朋友可以借鑒參考下,希望能夠有所幫助,祝大家多多進(jìn)步,早日升職加薪

用戶(hù)簽到-BitMap功能演示

用戶(hù)一次簽到，就是一條記錄，假如有1000萬(wàn)用戶(hù)，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(gè)月則最多需要600多字節(jié)

我們?nèi)绾文軌蚝?jiǎn)化一點(diǎn)呢？其實(shí)可以考慮小時(shí)候一個(gè)挺常見(jiàn)的方案，就是小時(shí)候，咱們準(zhǔn)備一張小小的卡片，你只要簽到就打上一個(gè)勾，我最后判斷你是否簽到，其實(shí)只需要到小卡片上看一看就知道了

我們可以采用類(lèi)似這樣的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)我們的簽到需求。

我們按月來(lái)統(tǒng)計(jì)用戶(hù)簽到信息，簽到記錄為1，未簽到則記錄為0.

把每一個(gè)bit位對(duì)應(yīng)當(dāng)月的每一天，形成了映射關(guān)系。用0和1標(biāo)示業(yè)務(wù)狀態(tài)，這種思路就稱(chēng)為位圖（BitMap）。這樣我們就用極小的空間，來(lái)實(shí)現(xiàn)了大量數(shù)據(jù)的表示

Redis中是利用string類(lèi)型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)BitMap，因此最大上限是512M，轉(zhuǎn)換為bit則是 2^32個(gè)bit位。

BitMap的操作命令有：

SETBIT：向指定位置（offset）存入一個(gè)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(xún)、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(gè)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(gè)0或1出現(xiàn)的位置

用戶(hù)簽到-實(shí)現(xiàn)簽到功能

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

思路：我們可以把年和月作為bitMap的key，然后保存到一個(gè)bitMap中，每次簽到就到對(duì)應(yīng)的位上把數(shù)字從0變成1，只要對(duì)應(yīng)是1，就表明說(shuō)明這一天已經(jīng)簽到了，反之則沒(méi)有簽到。

我們通過(guò)接口文檔發(fā)現(xiàn)，此接口并沒(méi)有傳遞任何的參數(shù)，沒(méi)有參數(shù)怎么確實(shí)是哪一天簽到呢？這個(gè)很容易，可以通過(guò)后臺(tái)代碼直接獲取即可，然后到對(duì)應(yīng)的地址上去修改bitMap。

代碼

UserController

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

UserServiceImpl

@Override
public Result sign() {
    // 1.獲取當(dāng)前登錄用戶(hù)
    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 = USER_SIGN_KEY + userId + keySuffix;
    // 4.獲取今天是本月的第幾天
    int dayOfMonth = now.getDayOfMonth();
    // 5.寫(xiě)入Redis SETBIT key offset 1
    stringRedisTemplate.opsForValue().setBit(key, dayOfMonth - 1, true);
    return Result.ok();
}

用戶(hù)簽到-簽到統(tǒng)計(jì)

問(wèn)題1： 什么叫做連續(xù)簽到天數(shù)？
從最后一次簽到開(kāi)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)。

Java邏輯代碼：獲得當(dāng)前這個(gè)月的最后一次簽到數(shù)據(jù)，定義一個(gè)計(jì)數(shù)器，然后不停的向前統(tǒng)計(jì)，直到獲得第一個(gè)非0的數(shù)字即可，每得到一個(gè)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(wèn)題2： 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10號(hào)，那么我們就可以從當(dāng)前月的第一天開(kāi)始，獲得到當(dāng)前這一天的位數(shù)，是10號(hào)，那么就是10位，去拿這段時(shí)間的數(shù)據(jù)，就能拿到所有的數(shù)據(jù)了，那么這10天里邊簽到了多少次呢？統(tǒng)計(jì)有多少個(gè)1即可。

問(wèn)題3：如何從后向前遍歷每個(gè)bit位？

注意：bitMap返回的數(shù)據(jù)是10進(jìn)制，哪假如說(shuō)返回一個(gè)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(jiàn)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(dòng)一位，依次內(nèi)推，我們就能完成逐個(gè)遍歷的效果了。

需求：實(shí)現(xiàn)下面接口，統(tǒng)計(jì)當(dāng)前用戶(hù)截止當(dāng)前時(shí)間在本月的連續(xù)簽到天數(shù)

有用戶(hù)有時(shí)間我們就可以組織出對(duì)應(yīng)的key，此時(shí)就能找到這個(gè)用戶(hù)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(lái)他連續(xù)簽到的次數(shù)了

代碼

UserController

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

UserServiceImpl

@Override
public Result signCount() {
    // 1.獲取當(dāng)前登錄用戶(hù)
    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 = USER_SIGN_KEY + userId + keySuffix;
    // 4.獲取今天是本月的第幾天
    int dayOfMonth = now.getDayOfMonth();
    // 5.獲取本月截止今天為止的所有的簽到記錄，返回的是一個(gè)十進(jìn)制的數(shù)字 BITFIELD sign:5:202203 GET u14 0
    List<Long> result = stringRedisTemplate.opsForValue().bitField(
            key,
            BitFieldSubCommands.create()
                    .get(BitFieldSubCommands.BitFieldType.unsigned(dayOfMonth)).valueAt(0)
    );
    if (result == null || result.isEmpty()) {
        // 沒(méi)有任何簽到結(jié)果
        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(gè)數(shù)字與1做與運(yùn)算，得到數(shù)字的最后一個(gè)bit位  // 判斷這個(gè)bit位是否為0
        if ((num & 1) == 0) {
            // 如果為0，說(shuō)明未簽到，結(jié)束
            break;
        }else {
            // 如果不為0，說(shuō)明已簽到，計(jì)數(shù)器+1
            count++;
        }
        // 把數(shù)字右移一位，拋棄最后一個(gè)bit位，繼續(xù)下一個(gè)bit位
        num >>>= 1;
    }
    return Result.ok(count);
}

額外加餐-關(guān)于使用bitmap來(lái)解決緩存穿透的方案

回顧緩存穿透：

發(fā)起了一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)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(gè)攻擊

解決方案：

判斷id<0
如果數(shù)據(jù)庫(kù)是空，那么就可以直接往redis里邊把這個(gè)空數(shù)據(jù)緩存起來(lái)

第一種解決方案：遇到的問(wèn)題是如果用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)的是id不存在的數(shù)據(jù)，則此時(shí)就無(wú)法生效

第二種解決方案：遇到的問(wèn)題是：如果是不同的id那就可以防止下次過(guò)來(lái)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(kù)的數(shù)據(jù)，所對(duì)應(yīng)的id寫(xiě)入到一個(gè)list集合中，當(dāng)用戶(hù)過(guò)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)的時(shí)候，我們直接去判斷l(xiāng)ist中是否包含當(dāng)前的要查詢(xún)的數(shù)據(jù)，如果說(shuō)用戶(hù)要查詢(xún)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(duì)應(yīng)查詢(xún)的id數(shù)據(jù)，則說(shuō)明不是一次緩存穿透數(shù)據(jù)，則直接放行。

現(xiàn)在的問(wèn)題是這個(gè)主鍵其實(shí)并沒(méi)有那么短，而是很長(zhǎng)的一個(gè) 主鍵

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

所以如果采用以上方案，這個(gè)list也會(huì)很大，所以我們可以使用bitmap來(lái)減少list的存儲(chǔ)空間

我們可以把list數(shù)據(jù)抽象成一個(gè)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 % bitmap.size = 算出當(dāng)前這個(gè)id對(duì)應(yīng)應(yīng)該落在bitmap的哪個(gè)索引上，然后將這個(gè)值從0變成1，然后當(dāng)用戶(hù)來(lái)查詢(xún)數(shù)據(jù)時(shí)，此時(shí)已經(jīng)沒(méi)有了list，讓用戶(hù)用他查詢(xún)的id去用相同的哈希算法，算出來(lái)當(dāng)前這個(gè)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(lái)處理，需要重點(diǎn)考慮一個(gè)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(shí)候，產(chǎn)生的誤差。