引言
在前面的 Redis 系列中，我们学习了五种基本数据类型和发布订阅。今天要讲的位图（Bitmap）不是一种独立的数据类型，而是String 类型的一种特殊用法——把字符串当成二进制位数组来操作。
位图的核心思想是：用一个 bit 表示一个状态（0 或 1）。1 字节 = 8 个 bit，可以表示 8 个独立的状态。这种极致的内存效率，让位图特别适合海量数据的布尔统计场景——用户签到、活跃用户统计、权限判断等。
第一部分：位图的基本原理
一、位图是什么
位图本质就是一个String 字符串，但操作的单位不是字节，而是比特（bit）。Redis 提供了专门操作比特位的命令。
关键概念：
| 概念 | 说明 |
|---|---|
| offset | 位的偏移量，从 0 开始（从左向右计数） |
| 最大值 | 2³² - 1 = 约 42 亿 bit ≈ 512 MB |
| 底层类型 | String，自动扩容 |
二、为什么用位图
| 场景 | 传统做法 | 位图做法 | 节省 |
|---|---|---|---|
| 1 亿用户签到 | 1 亿个 key | 约 12MB 一个 key | 数千倍 |
| 日活统计 | set/hash | 约 12MB | 数百倍 |
| 权限 100 项 | hash 存储 | 约 13 字节 | 数十倍 |
第二部分：核心命令
一、设置位：SETBIT
# 语法：SETBIT key offset value # value 只能是 0 或 1 127.0.0.1:6379> SETBIT user:1:sign 0 1 # 第 0 天签到 (integer) 0 # 返回旧值 127.0.0.1:6379> SETBIT user:1:sign 1 1 # 第 1 天签到 (integer) 0 127.0.0.1:6379> SETBIT user:1:sign 5 1 # 第 5 天签到 (integer) 0 127.0.0.1:6379> SETBIT user:1:sign 0 0 # 取消第 0 天签到 (integer) 1 # 返回旧值为 1注意：
offset 可以从 0 到 2³²-1（约 42 亿）
Redis 会自动扩容字符串以容纳更大的 offset
返回值是设置前的旧值
二、获取位：GETBIT
# 语法：GETBIT key offset 127.0.0.1:6379> GETBIT user:1:sign 0 (integer) 0 127.0.0.1:6379> GETBIT user:1:sign 1 (integer) 1 127.0.0.1:6379> GETBIT user:1:sign 2 # 未设置过 (integer) 0 # 默认返回 0三、统计位数：BITCOUNT
# 语法：BITCOUNT key [start end] # 统计有多少个 1 127.0.0.1:6379> BITCOUNT user:1:sign (integer) 2 # 有两个 1 # 统计指定字节范围（注意是字节，不是 bit！） 127.0.0.1:6379> BITCOUNT user:1:sign 0 0 # 第 0 个字节 (integer) 1BITCOUNT 的 start/end 是字节索引，不是 bit 索引：
BITCOUNT key 0 0 → 只统计第 0 个字节（bit 0~7）
BITCOUNT key 0 1 → 统计第 0~1 个字节（bit 0~15）
BITCOUNT key 0 -1 → 统计所有字节
四、查找位：BITPOS
# 语法：BITPOS key bit [start] [end] # 查找第一个值为 bit 的位置 127.0.0.1:6379> BITPOS user:1:sign 1 # 第一个 1 的位置 (integer) 1 127.0.0.1:6379> BITPOS user:1:sign 0 # 第一个 0 的位置 (integer) 0 # 在指定字节范围内查找 127.0.0.1:6379> BITPOS user:1:sign 1 1 5 # 第 1~5 字节内找第一个 1五、位运算：BITOP
# 语法：BITOP operation destkey key [key ...] # 支持：AND（与）、OR（或）、XOR（异或）、NOT（非） 127.0.0.1:6379> SETBIT user:1:day1 0 1 127.0.0.1:6379> SETBIT user:1:day2 0 1 127.0.0.1:6379> SETBIT user:2:day1 0 1 # AND：两天都签到的用户 127.0.0.1:6379> BITOP AND both_days user:1:day1 user:1:day2 (integer) 1 # OR：任意一天签到的用户 127.0.0.1:6379> BITOP OR any_day user:1:day1 user:1:day2 (integer) 1 # XOR：恰好只签了一天的用户 127.0.0.1:6379> BITOP XOR only_one user:1:day1 user:1:day2 (integer) 1位运算的应用：
| 运算 | 场景 |
|---|---|
AND | 连续 N 天都签到的用户 |
OR | N 天内任意一天签到的用户 |
XOR | 恰好签了奇数天的用户 |
NOT | 没有签到的用户 |
第三部分：实战场景
一、用户签到系统
# 用户 1001 在第 0 天签到 127.0.0.1:6379> SETBIT sign:2024:06:01 1001 1 (integer) 0 # 用户 1002 签到 127.0.0.1:6379> SETBIT sign:2024:06:01 1002 1 (integer) 0 # 查看用户 1001 是否签到 127.0.0.1:6379> GETBIT sign:2024:06:01 1001 (integer) 1 # 统计今日签到人数 127.0.0.1:6379> BITCOUNT sign:2024:06:01 (integer) 2 # 统计本月全勤用户（6月1日~30日都签到） 127.0.0.1:6379> BITOP AND full_attendance sign:2024:06:01 sign:2024:06:02 ... sign:2024:06:30 127.0.0.1:6379> BITCOUNT full_attendance二、统计在线活跃用户
# 记录每个用户的活跃状态（user_id 作为 offset） # 2024-06-01 活跃用户 127.0.0.1:6379> SETBIT active:2024-06-01 1001 1 127.0.0.1:6379> SETBIT active:2024-06-01 1002 1 127.0.0.1:6379> SETBIT active:2024-06-01 1005 1 # 2024-06-02 活跃用户 127.0.0.1:6379> SETBIT active:2024-06-02 1001 1 127.0.0.1:6379> SETBIT active:2024-06-02 1003 1 # 两天都活跃的用户 127.0.0.1:6379> BITOP AND active_both active:2024-06-01 active:2024-06-02 127.0.0.1:6379> BITCOUNT active_both (integer) 1 # 只有用户 1001 两天都活跃三、权限管理
# 100 个权限位，每位代表一个权限 # bit 0: 读权限 bit 1: 写权限 bit 2: 删除权限 bit 3: 管理权限 ... # 管理员拥有所有权限（前 10 位都设为 1） 127.0.0.1:6379> SETBIT user:admin:permissions 0 1 127.0.0.1:6379> SETBIT user:admin:permissions 1 1 ... 127.0.0.1:6379> SETBIT user:admin:permissions 9 1 # 普通用户只有读权限 127.0.0.1:6379> SETBIT user:normal:permissions 0 1 # 检查权限 127.0.0.1:6379> GETBIT user:normal:permissions 1 (integer) 0 # 没有写权限第四部分：C 语言操作位图
#include <stdio.h> #include <hiredis/hiredis.h> int main() { redisContext *c = redisConnect("127.0.0.1", 6379); if (c == NULL || c->err) { printf("连接失败: %s\n", c->errstr); return -1; } // 设置签到 redisReply *reply = redisCommand(c, "SETBIT sign:2024:06:01 1001 1"); printf("设置结果(旧值): %lld\n", reply->integer); freeReplyObject(reply); // 检查是否签到 reply = redisCommand(c, "GETBIT sign:2024:06:01 1001"); printf("签到状态: %lld\n", reply->integer); freeReplyObject(reply); // 统计签到人数 reply = redisCommand(c, "BITCOUNT sign:2024:06:01"); printf("签到人数: %lld\n", reply->integer); freeReplyObject(reply); redisFree(c); return 0; }第五部分：位图的局限性
| 局限 | 说明 | 解决方案 |
|---|---|---|
| offset 映射 | user_id 需要是连续整数 | 维护 user_id → 整数映射表 |
| 稀疏数据浪费 | 如果 offset 很大但只有几个 1 | 用集合或布隆过滤器 |
| 不可直接遍历 1 | BITCOUNT 只统计数量 | BITPOS 逐个查找 |
| 字符串最大 512MB | offset 最大约 42 亿 | 分片存储 |
总结
一、核心命令速查
| 命令 | 作用 |
|---|---|
SETBIT key offset 0/1 | 设置某位的值 |
GETBIT key offset | 获取某位的值 |
BITCOUNT key [start end] | 统计 1 的数量（字节范围） |
BITPOS key bit [start end] | 查找第一个 bit 的位置 |
BITOP AND/OR/XOR/NOT dest key1 key2 | 位运算 |
二、一句话记忆
Redis 位图用 String 类型的每个 bit 表示一个布尔状态，1 bit 存一个信息。用 SETBIT/GETBIT 操作单个位，用 BITCOUNT 统计数量，用 BITOP 做集合运算。适合签到、活跃用户、权限等海量布尔统计场景，空间效率是普通 key-value 的数百倍。
