一、序言

在实际开发中常常遇到如下需求:判断当前元素是否存在于已知的集合中,将已知集合中的元素维护一个HashSet,使用时只需耗时O(1)的时间复杂度便可判断出结果,Java内部或者Redis均提供相应的数据结构。使用此种方式除了占用内存空间外,几乎没有其它缺点。

当数据量达到亿级别时,内存空间的占用显著表现出来,BitMap便是解决此类问题的一种途径。

二、BitMap结构

1、内存消耗分析

Redis BitMap能够存储的数据范围为[0,2^32-1],超过Integer.MAX_VALUE上界值。

为了简化讨论,假设讨论的集合元素的范围为[0,Integer.MAX_VALUE],可以是其中的任何一个数。

使用HashSet数据结构占用内存空间仅与集合中的元素数量(N)相关。当集合中元素数量为N时,所需的内存空间大概为N*4/1024/1024MB,1亿条数据约占内存空间381MB

基于Redis的BitMap所占用的空间大小不与集合中元素数量相关,与集合中元素的最大值直接相关,因此BitMap所占用的内存空间范围为[N / 8 / 1024 / 1024,Integer.MAX_VALUE / 8 / 1024 / 1024]

// 测试1亿、5亿、10亿、Integer.MAX_VALUE
List<Integer> items = Arrays.asList(100000000, 500000000, 1000000000, Integer.MAX_VALUE);
for (Integer item : items) {
int size = item / 8 / 1024 / 1024;
System.out.printf("如果集合中最大值为%-10s,则所占用的内存空间为%3sMB%n",item, size);
}

这里给出了一组测试参考数据

如果集合中最大值为100000000 ,则所占用的内存空间为 11MB
如果集合中最大值为500000000 ,则所占用的内存空间为 59MB
如果集合中最大值为1000000000,则所占用的内存空间为119MB
如果集合中最大值为2147483647,则所占用的内存空间为255MB

当集合中数据增长到10亿条时,使用BItMap最大占用内存约为255MB,而使用HashSet增长到3.8GB

2、命令行操作BitMap

使用Redis命令行可直接操作BitMap,将offset位置的值标注为1,则表示当前数据存在。默认情况下未标注的位置值为0。

# 默认位不赋值为0,当数据存在于集合中,将对应位赋值为1
SETBIT key offset value
# 查看对应位数据是否存在(1表示存在,0表示不存在)
GETBIT key offset
3、客户端操作BitMap

这里提供一个SpringBoot生态的RedisUtils工具类,内部封装操作Redis BitMap的工具方法。

// 将当前位置标记为true
RedisUtils.setBit(BIT_MAP_KEY, orderId, true);
// 获取指定位置的值(对应数值是否存在)
RedisUtils.getBit(BIT_MAP_KEY, orderId)

上述工具类的依赖如下,如果找不到Jar包,请直接使用Maven原始仓库源,阿里云尚未同步完成。

<dependency>
<groupId>xin.altitude.cms</groupId>
<artifactId>ucode-cms-common</artifactId>
<version>1.4.3</version>
</dependency>
4、时间与空间复杂度

BitMap的存储与取值时间复杂度为O(1),根据数值可直接映射下标。

BitMap占用内存空间复杂度为O(n),与集合中元素的最大值正相关,不是集合中元素的数量。

三、BitMap应用

1、回避缓存穿透

缓存穿透是指当前请求的数据在缓存中不存在,需要访问数据库获取数据(数据库中也不存在请求的数据)。缓存穿透给数据库带来了压力,恶意缓存穿透甚至能造成数据库宕机。

使用BitMap动态维护一个集合,当访问数据库前,先查询数据的主键是否存在集合中,以此作为是否访问数据库的依据。

BitMap新增数据或者移除数据属于轻量级操作,检查操作的准确度依赖于动态集合维护的闭环的完整性。比如向数据库增加数据时需要向BitMap中添加数据,从数据库中删除数据需要从BitMap中移除数据。如果要求严格的检查可靠性,则可以单独维护一个分布式定时任务,定期更新BitMap数据。

2、与布隆过滤器的区别

布隆过滤器与BitMap有相似的应用场景,但也有一定的区别。给定一个数,BitMap能准确知道是否存在于已知集合中;布隆过滤器能准确判断是否不在集合中,却不能肯定存在于集合中。

BitMap增加或者移除数据时间复杂度为O(1),方便快捷。布隆过滤器新建容易,剔除数据操作比较繁琐。

在一些需要精确判断的场景,优先选择BitMap,比如判断手机号是否已经注册。

四、小结

Redis BitMap不是一种新的数据结构,是利用字符串类型做的一层封装,看起来像一种新型数据结构。BitMap不像一种技术,更像是算法,在时间复杂度和空间复杂度之间寻找平衡点。

BitMap其它应用场景比如签到打卡,统计在线人数等等。

基于Redis分布式BitMap的应用的更多相关文章

  1. 基于redis分布式缓存实现(新浪微博案例)

    第一:Redis 是什么? Redis是基于内存.可持久化的日志型.Key-Value数据库 高性能存储系统,并提供多种语言的API. 第二:出现背景 数据结构(Data Structure)需求越来 ...

  2. 基于redis分布式缓存实现

    Redis的复制功能是完全建立在之前我们讨论过的基 于内存快照的持久化策略基础上的,也就是说无论你的持久化策略选择的是什么,只要用到了Redis的复制功能,就一定会有内存快照发生,那么首先要注意你 的 ...

  3. RedLock.Net - 基于Redis分布式锁的开源实现

    工作中,经常会遇到分布式环境中资源访问冲突问题,比如商城的库存数量处理,或者某个事件的原子性操作,都需要确保某个时间段内只有一个线程在访问或处理资源. 因此现在网上也有很多的分布式锁的解决方案,有数据 ...

  4. 基于redis分布式缓存实现(新浪微博案例)转

    第一:Redis 是什么? Redis是基于内存.可持久化的日志型.Key-Value数据库 高性能存储系统,并提供多种语言的API. 第二:出现背景 数据结构(Data Structure)需求越来 ...

  5. 基于Redis分布式锁(获取锁及解锁)

    目前几乎很多大型网站及应用都是分布式部署的,分布式场景中的数据一致性问题一直是一个比较重要的话题.分布式的CAP理论告诉我们“任何一个分布式系统都无法同时满足一致性(Consistency).可用性( ...

  6. 基于Redis分布式锁的正确打开方式

    分布式锁是在分布式环境下(多个JVM进程)控制多个客户端对某一资源的同步访问的一种实现,与之相对应的是线程锁,线程锁控制的是同一个JVM进程内多个线程之间的同步.分布式锁的一般实现方法是在应用服务器之 ...

  7. c# 基于redis分布式锁

    在单进程的系统中,当存在多个线程可以同时改变某个变量(可变共享变量)时,就需要对变量或代码块做同步,使其在修改这种变量时能够线性执行消除并发修改变量. 而同步的本质是通过锁来实现的.为了实现多个线程在 ...

  8. 基于 Redis 分布式锁

    1.主流分布式锁实现方案 基于数据库实现分布式锁 基于缓存(redis 等) 基于 Zookeeper 2.根据实现方式分类 : 类 CAS 自旋式分布式锁:询问的方式,类似 java 并发编程中的线 ...

  9. 基于redis分布式锁实现“秒杀”

    转载:http://blog.5ibc.net/p/28883.html 最近在项目中遇到了类似“秒杀”的业务场景,在本篇博客中,我将用一个非常简单的demo,阐述实现所谓“秒杀”的基本思路. 业务场 ...

随机推荐

  1. 搭建服务器之DNS

    DNS服务器,实用软件为bind,服务守护进程为named,一下记录一下自己的搭建过程: 1.yum install bind*  其中包括bind本身软件,测试dns的一些工具dig,nslooku ...

  2. Qt之简单绘图实现

    效果图:                                              可以实现打开图片,在打开的图片上画图,可以保存图片,以及橡皮擦,画笔调大调粗换色功能. 代码: XI ...

  3. IoC容器-Bean管理注解方式(创建对象)

    IoC操作Bean管理(基于注解方式) 1,什么是注解 (1)注解是代码特殊标记,格式:@注解名称(属性名称=属性值,属性名称=属性值...) (2)使用注解,注解作用在类上面,方法上面,属性上面 ( ...

  4. python变量垃圾回收机制的入门使用

    简介: Python是一款高层次的解释性语言:Python对于初学者来说(易于学习)Python有相对较少的关键字,结构简单,和一个明确定义的语法,学习起来更加简单.学习Python的目的就是为了能够 ...

  5. Arrays.sort(arr)是什么排序

    在学习过程中观察到Arrays.sort(arr)算法可以直接进行排序,但不清楚底层的代码逻辑是什么样子,记得自己之前在面试题里面也有面试官问这个问题,只能说研究之后发现还是比较复杂的,并不是网上说的 ...

  6. python 小兵(6)函数进阶

    阅读目录 函数参数-动态参数 名称空间 函数的嵌套 gloabal.nonlocal 回到顶部 函数参数-动态参数 之前我们说过传参,如果我们在传参数的时候不很清楚有哪些的时候,或者说给一个函数传了很 ...

  7. CKKS Part4: CKKS的乘法和重线性化

    本文翻译于CKKS EXPLAINED, PART 4: MULTIPLICATION AND RELINEARIZATION,主要介绍CKKS方案中的密文乘法和重线性化技术 介绍 在上一篇 CKKS ...

  8. 【SimuPy】Python实现的Simulink 文档翻译全部完毕

    作者:CycleUser 前情回顾: 前些天在和@iGuo.@白小鱼以及@12334在关于如何看待哈工大.哈工程受美商务部「实体名单」影响,被禁止使用 MATLAB 商业软件?的问题中讨论到了 sim ...

  9. 鸿蒙轻内核源码分析:文件系统FatFS

    摘要:本文为大家介绍FatFS文件系统结构体的结构体和全局变量,并分析FatFS文件操作接口. 本文分享自华为云社区<鸿蒙轻内核M核源码分析系列二一 03 文件系统FatFS>,作者:zh ...

  10. Mysql Json函数创建 (二)

    本节中列出的功能由组件元素组成JSON值. JSON_ARRAY([val[, val] ...]) 计算(可能为空)值列表,并返回包含这些值的JSON数组. mysql> SELECT JSO ...