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Redis 中的 Bitmap 与 Bitfield 及 Java 操作实践

ds 2025/9/1 10:23:37

Redis 作为高性能的键值存储系统，除了常见的数据类型（如 String、Hash、List 等），还提供了对二进制位（Bitmap）和位域（Bitfield）的操作支持。本文将详细介绍 Redis 中 Bitmap 和 Bitfield 的核心概念、常用命令，并结合 Java 中的 RedisTemplate 提供代码示例，帮助开发者快速上手。

一、Redis 中的 Bitmap 与 Bitfield

1.1 什么是 Bitmap？

Bitmap 是 Redis 中一种特殊的字符串类型，通过操作二进制位（0 或 1）实现高效的数据存储和操作。一个 Bitmap 最多可存储 232−1232−1 个二进制位，底层基于 SDS（Simple Dynamic String）实现。

特点：

节省内存：每个位仅占用 1 bit，适用于海量数据的布尔状态存储。
高效操作：支持位级别的设置、获取、统计和位运算。

常见场景：

用户签到统计
在线用户状态记录
布隆过滤器实现
位图索引

1.2 什么是 Bitfield？

Bitfield 是 Redis 3.2.0 引入的功能，允许对连续的二进制位进行更复杂的操作（如读取、修改、自增）。通过 BITFIELD 命令，可以指定位域的类型（有符号/无符号）、长度和偏移量，实现更灵活的位操作。

核心能力：

读取/设置指定位域的值。
支持有符号整数和无符号整数的解析。
自增操作（INCRBY）。

二、Redis 中的 Bitmap 与 Bitfield 命令

2.1 Bitmap 常用命令

命令	描述
`SETBIT`	设置指定偏移量的位值（0 或 1）。
`GETBIT`	获取指定偏移量的位值。
`BITCOUNT`	统计指定范围内值为 1 的位数。
`BITOP`	对多个 Bitmap 执行位运算（AND、OR、XOR、NOT）。
`BITPOS`	查找指定范围内第一个 0 或 1 的位置。

示例：

# 设置位值
SETBIT user:1000 0 1
SETBIT user:1000 1 0# 获取位值
GETBIT user:1000 0  # 输出 1
GETBIT user:1000 1  # 输出 0# 统计 1 的数量
BITCOUNT user:1000  # 输出 1# 位运算（交集）
BITOP AND result user:1000 user:2000

2.2 Bitfield 常用命令

命令	描述
`BITFIELD`	对位域执行操作（GET、SET、INCRBY）。

示例：

# 从偏移量 0 读取 2 位无符号整数
BITFIELD key GET u2 0  # 返回 3（二进制 11）# 从偏移量 0 读取 4 位有符号整数
BITFIELD key GET i4 0  # 返回 -4（二进制 1111，补码表示）# 设置偏移量 0 的 4 位无符号值为 5
BITFIELD key SET u4 0 5

三、Java 中使用 RedisTemplate 操作 Bitmap 与 Bitfield

3.1 环境准备

添加 Spring Data Redis 依赖（Maven）：

<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>

配置 RedisTemplate：

@Configuration
public class RedisConfig {@Beanpublic RedisTemplate<String, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory factory) {RedisTemplate<String, Object> template = new RedisTemplate<>();template.setConnectionFactory(factory);template.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());template.setValueSerializer(new StringRedisSerializer());return template;}
}

3.2 Bitmap 操作示例

3.2.1 设置与获取位值

// 设置位值
redisTemplate.opsForValue().setBit("user:1000", 0, true);  // 设置偏移量 0 为 1
redisTemplate.opsForValue().setBit("user:1000", 1, false); // 设置偏移量 1 为 0// 获取位值
Boolean bitValue = redisTemplate.opsForValue().getBit("user:1000", 0);
System.out.println(bitValue);  // 输出 true

3.2.2 统计 1 的数量

Long count = redisTemplate.execute((RedisCallback<Long>) connection -> {return connection.bitCount("user:1000".getBytes(), 0, -1);
});
System.out.println(count);  // 输出 1

3.2.3 位运算（交集）

redisTemplate.execute((RedisCallback<Long>) connection -> {connection.bitOp(AND, "result".getBytes(), "user:1000".getBytes(), "user:2000".getBytes());return 1L; // 返回操作结果
});

3.3 Bitfield 操作示例

由于 RedisTemplate 未直接封装 BITFIELD 命令，可通过 execute 方法调用原始 Redis 命令：

3.3.1 读取位域

Object result = redisTemplate.execute((RedisCallback<Object>) connection -> {return connection.execute("BITFIELD", "key", "GET", "u2", "0");
});
System.out.println(result);  // 输出 3（二进制 11）

3.3.2 设置位域

Object result = redisTemplate.execute((RedisCallback<Object>) connection -> {return connection.execute("BITFIELD", "key", "SET", "u4", "0", "5");
});
System.out.println(result);  // 输出 [0]

四、应用场景示例：用户签到功能

4.1 需求

实现用户每日签到功能，使用 Bitmap 记录用户每月的签到情况。

4.2 实现代码

public void signIn(Long userId) {// 当前日期LocalDate today = LocalDate.now();int dayOfMonth = today.getDayOfMonth();String key = "sign:" + userId + ":" + today.format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyyMM"));// 设置当前日期的位为 1redisTemplate.opsForValue().setBit(key, dayOfMonth - 1, true);
}public Long getSignCount(Long userId, String yearMonth) {String key = "sign:" + userId + ":" + yearMonth;return redisTemplate.execute((RedisCallback<Long>) connection -> {return connection.bitCount(key.getBytes(), 0, -1);});
}