巧用redis位图存储亿级数据与访问

小白懂编程 2017-06-17

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业务背景

现有一个业务需求，需要从一批很大的用户活跃数据（2亿+）中判断用户是否是活跃用户。由于此数据是基于用户的各种行为日志清洗才能得到，数据部门不能提供实时接口，只能提供包含用户及是否活跃的指定格式的文本由业务方使用。

存在的挑战

海量数据如何尽可能用小的空间存储
如何能快速获取指定的数据
如何能快速的写入到目标存储

解决思路

由于我的业务中只需要根据某个用户id查询是否是活跃用户，不存在复杂的查询条件，所以用redis很合适。
如此大的数据如果用普通的键值对一一存储所以用户的活跃数据，即使每个key/value占用的内存很小，但数亿个key/value所花费的内存也每个节点随便都需要数G，业务中有很多类似的需求，都用这种方式的话，存储是个很大的问题。

这里使用redis的位操作来处理。
redis中所有数据都是二进制形式存储的。redis支持一个setbit和getbit操作，它支持在某个key的value上直接对某个二进制位操作，每个二进制位都只有0和1两种状态，正好可以表示用户是否活跃两种状态。

比如redis中键a的value数据的二进制码是
0110 0110 0001
它总共有12位，在redis的位操作中，二进制中的第几位称为offset。

我们可以这样将这个数据的第10个二进制位为1：
setbit a 10 1

这样，原来的数据就变成了
0110 0110 0101

这是所谓的位图。

那么我们考虑在redis中放一个key,它的value很大很大，大到它的二级制位数大于最大的用户id，redis中单个key的最大值是512M，可以达到40多亿bit，足够很多业务的需要了，我们以用户id作为offset,该offset的值作为是否活跃的值即可达到我们的目的。这样只需要一个key就能解决对所有数据的查询问题。假设我们的id最大值是1亿，那么我们需要一亿个bit就行了，相当于只需要1亿/(8*1024*1024)=11.9M内存。这里大家了解下二进制就能理解。

具体操作：

写入一个key,值是一亿个bit，足够容纳你的数据中最大offset就行，假如这个key的名称是a。

然后写入数据
//用户id123456是活跃用户
setbit a 123456 1
//用户id234567不是活跃用户
setbit a 234567 0

getbit a 123456

这样完美解决了存储和访问的问题！

接下来还要解决数据写入问题，这么多数据要怎样快速写入呢？使用redis官方提供的方式，将数据转成redis协议格式，使用redis-cli提供的pipe模式写入。
一个命令的例子：
```
*4$6setbit
$9is_active
$3123$11
复制
```
上面*4表示这个命令总共有四个参数：
$数据表示下面的参数的字节数量，一个参数对应一个$
以换行结尾，注意，换行必须是\r\n，linux中需要转换。
得到redis协议格式的文本后，使用redis-clie执行。