如何优雅地实现Redis命令setbits与getbits

存储架构 2018-08-13 阅读原文

在之前的文章《 如何优雅地使用Redis之位图操作 》和《 再谈如何优雅地使用Redis之位图操作 》中,笔者介绍了关于Redis位图操作的高级应用,其中就讲到了如何优雅地实现getbits。Redis官方提供了getbit命令,其可以获取某个key对应比特位的比特值,而getbits顾名思义就是支持一次性获取多个比特位的比特值的命令,遗憾的是,Redis官方并没有提供getbits命令。在上述2篇文章中,笔者是通过解析字节数组的方式来实现getbits命令的,虽然可以实现,但是却有2个不足之处:1、这种方式实现的getbits命令不是原子性的,因为这种方式实现的getbits命令其实是分2步进行的,先读取字节数组,再解析字节数组,在这2个步骤之间,Redis是可以执行其他命令的,所以可能会出现数据不一致的现象。2、当存储的位图数据空间占用比较大时,一次性读取整个字节数组,会造成Redis服务器阻塞,严重的还会造成客户端内存溢出,虽然可以通过分多次去读取字节数组来避免这个问题,但是这样一来就增加了网络开销,不是特别优雅。

今天给大家介绍一种通过Redis原生命令bitfield实现setbits和getbits的方法。

bitfield命令

首先介绍一下bitfield命令的用途。官方对bitfield命令的介绍是:通过bitfield命令可以一次性操作多个比特位域,它会执行一系列操作并返回一个响应数组,这个数组中的元素对应参数列表中的相应操作的执行结果。说白了就是通过bitfield命令我们可以一次性对多个比特位域进行操作。需要注意的是,这里提到的是比特位域,不是比特位,所谓比特位域,指的是连续的多个比特位,也就是说,bitfield不仅仅可以对多个单个的比特位进行操作,还支持对多个比特位域进行操作,所以功能是十分强大的。

这里的操作指的是以下几种:

  • GET

  • SET

  • INCRBY

其中,get命令的作用是读取指定位域的值,set命令的作用是设置指定位域的值并返回旧的值,increby命令的作用是增加或减少指定位域的值并返回新的值。

举个例子:

BITFIELD mykey SET i5 100 10 GET u4 2

这个命令包含了2个子操作,分别是SET i5 100 10和GET u4 2。SET i5 100 10的作用是从第100位开始,将接下来的5位用有符号数10代替,其中i表示的是有符号整数。GET u4 2的作用是从第2位开始,将接下来的4位当成无符号整数并取出,其中u表示的是无符号整数。

上述只是bitfield的一部分应用,实际上bitfield还有很多更高级的用法,有兴趣的可以去Redis官网查阅,这里就不再详细介绍了。

实现setbits

接下来说下如果使用bitfield实现setbits原子命令。如果我们要将某一位(比如说第3位)设置为1,可以使用这样的子操作:set u1 3 1,同样地,如果我们需要将多个位设置成1,只要将多个set子操作拼接在一起可以了。举个例子:如果我们要将第1位、第3位、第6位设置成1,则可以使用如下命令:

bitfield k1 set u1 1 1 set u1 3 1 set u1 6 1

其中k1指的是key。

我们可以写个程序验证下。验证的方法是先使用上述命令对相应的比特位进行设值,然后使用redis原生的getbit命令遍历每个比特位,看看是不是对应的位都可以被设置成1。

程序如下:

@Test

 public void testBitField1(){

 Jedis jedis=new Jedis(HOST,PORT);

 String key="test_"+System.currentTimeMillis();

 jedis.bitfield(key,"set","u1","1","1","set","u1","3","1","set","u1","6","1");

for(int i=0;i<8;i++){
 System.out.println(i+"---"+jedis.getbit(key,i));
 }
 }

我们看下结果输出:

可以看到,第1位、第3位、第6位都被设置成了true,而其他位还是原始值flase。所以这种方式确实可以实现一次性对多个比特位进行设值。

实现getbits

接下来我们使用bitfield命令来实现getbits原子命令。如果想读取某个位(比如说第3位)的比特值,可以使用这样的子操作:get u1 3。如果需要同时读取多个比特位,则只需要将多个get子操作拼接在一起就可以了。还是举个例子,如果我们想同时读取第2位、第4位、第7位的比特值,可以使用如下命令:

bitfield k1 get u1 2 get u1 4 get u1 7

其中k1指的是key。

我们还是写个程序验证下。验证的方式是使用Redis原生的setbit命令分别将第2位、第4位、第7位比特位设置成1,然后使用上述bitfield命令分别读取每个比特位的值,看看是否只有对应的比特位被设置成了1。

程序如下:

@Test

 public void testBitField2(){

 Jedis jedis=new Jedis(HOST,PORT);

 String key="test_"+System.currentTimeMillis();

jedis.setbit(key,2,true);
 jedis.setbit(key,7,true);

jedis.setbit(key,4,true);
 "get", "u1", "1",

List result = jedis.bitfield(key,
 "get", "u1", "2",
 "get", "u1", "6",

"get", "u1", "3",
 "get", "u1", "4",
 "get", "u1", "5",
 "get", "u1", "7",
 }

"get", "u1", "8");
 System.out.println(result);

结果输出如下:

可以看到,第2位、第4位、第7位都被设置成了1,而其他位还是原始的值0。说明确实可以使用bitfield命令来实现getbits。

总结

使用bitfield实现getbits和setbits的好处有2个:1、原子性保证,由于所有操作都是在一个bitfield命令中完成的,所以可以保证操作的原子性。2、由于这种方式是在Redis服务端解析后再返回给客户端的,客户端并不需要一次性读取整个字节数组,所以不会造成客户端内存溢出。

原文发布时间为:2018-08-11

本文作者:黄泽杰

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