hmdp - 用户签到

用户签到

BitMap用法

用一张表来存储用户签到信息,其结构应该如下:

CREATE TABLE `tb_sign`  (
  `id` bigint(20) UNSIGNED NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
  `user_id` bigint(20) UNSIGNED NOT NULL COMMENT '用户id',
  `year` year NOT NULL COMMENT '签到的年',
  `month` tinyint(2) NOT NULL COMMENT '签到的月',
  `date` date NOT NULL COMMENT '签到的日期',
  `is_backup` tinyint(1) UNSIGNED NULL DEFAULT NULL COMMENT '是否补签',
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 1 CHARACTER SET = utf8mb4 COLLATE = utf8mb4_general_ci ROW_FORMAT = Compact;
1
2
3
4
5
6
7
8
9

思考

用户一次签到,就是一条记录,假如有1000万用户,平均每人每年签到次数为10次,则这张表一年的数据量为 1亿条。

每签到一次需要使用(8 + 8 + 1 + 1 + 3 + 1)共22 字节的内存,一个月则最多需要600多字节。

如何能够简化一点呢?

考虑学生时代常用的小卡片——签到卡,你只要签到就打上一个勾,最后就可以判断你是否签到。

可以采用类似这样的方案来实现我们的签到需求。

  • 按月来统计用户签到信息,签到记录为1,未签到则记录为0.
  • 把每一个bit位对应当月的每一天,形成了映射关系。用0和1标示业务状态,这种思路就称为位图(BitMap)。这样我们就用极小的空间,来实现了大量数据的表示

Redis中是利用string类型数据结构实现BitMap,因此最大上限是512M,转换为bit则是 2^32个bit位。

BitMap的操作命令有:

  • SETBIT:向指定位置(offset)存入一个0或1
  • GETBIT :获取指定位置(offset)的bit值
  • BITCOUNT :统计BitMap中值为1的bit位的数量
  • BITFIELD :操作(查询、修改、自增)BitMap中bit数组中的指定位置(offset)的值
  • BITFIELD_RO :获取BitMap中bit数组,并以十进制形式返回
  • BITOP :将多个BitMap的结果做位运算(与 、或、异或)
  • BITPOS :查找bit数组中指定范围内第一个0或1出现的位置

实现签到功能

需求:实现签到接口,将当前用户当天签到信息保存到Redis中

思路:我们可以把年和月作为bitMap的key,然后保存到一个bitMap中,每次签到就到对应的位上把数字从0变成1,只要对应是1,就表明说明这一天已经签到了,反之则没有签到。

通过接口文档发现,此接口并没有传递任何的参数,没有参数怎么确实是哪一天签到呢?

  • 这个很容易,可以通过后台代码直接获取 当前日期 即可,然后到对应的地址上去修改bitMap。
请求 说明
方式 Post
路径 /user/sign
参数
返回值

代码

UserController

 @PostMapping("/sign")
 public Result sign(){
    return userService.sign();
 }
1
2
3
4

UserServiceImpl

@Override
public Result sign() {
    // 1.获取当前登录用户
    Long userId = UserHolder.getUser().getId();
    // 2.获取日期
    LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
    // 3.拼接key
    String keySuffix = now.format(DateTimeFormatter.ofPattern(":yyyyMM"));
    String key = USER_SIGN_KEY + userId + keySuffix;
    // 4.获取今天是本月的第几天
    int dayOfMonth = now.getDayOfMonth();
    // 5.写入Redis SETBIT key offset 1
    stringRedisTemplate.opsForValue().setBit(key, dayOfMonth - 1, true);
    return Result.ok();
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

签到统计

**问题1:**什么叫做连续签到天数?

  • 从最后一次签到开始向前统计,直到遇到第一次未签到为止,计算总的签到次数,就是连续签到天数。

Java逻辑代码:获得当前这个月的最后一次签到数据,定义一个计数器,然后不停的向前统计,直到获得第一个非0的数字即可,每得到一个非0的数字计数器+1,直到遍历完所有的数据,就可以获得当前月的连续签到天数。

**问题2:**如何得到本月到今天为止的所有签到数据?

BITFIELD key GET u[dayOfMonth] 0
1

假设今天是10号,那么我们就可以从当前月的第一天开始,获得到当前这一天的位数,是10号,那么就是10位,去拿这段时间的数据,就能拿到所有的数据了,那么这10天里边签到了多少次呢?统计有多少个1即可。

问题3:如何从后向前遍历每个bit位?

  • bitMap返回的数据是10进制

  • 只需要让得到的10进制数字和1做与运算就可以了,因为1只有遇见1 才是1,其他数字都是0 ,我们把签到结果和1进行与操作,每与一次,就把签到结果向右移动一位,依次内推,就能完成逐个遍历的效果了。

需求:实现下面接口,统计当前用户截止当前时间在本月的连续签到天数

有用户有时间就可以组织出对应的key,此时就能找到这个用户截止这天的所有签到记录,再根据这套算法,就能统计出来他连续签到的次数了。

请求 说明
方式 Get
路径 /user/sign/count
参数
返回值 连续签到天数

代码

UserController

@GetMapping("/sign/count")
public Result signCount(){
    return userService.signCount();
}
1
2
3
4

UserServiceImpl

@Override
public Result signCount() {
    // 1.获取当前登录用户
    Long userId = UserHolder.getUser().getId();
    // 2.获取日期
    LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
    // 3.拼接key
    String keySuffix = now.format(DateTimeFormatter.ofPattern(":yyyyMM"));
    String key = USER_SIGN_KEY + userId + keySuffix;
    // 4.获取今天是本月的第几天
    int dayOfMonth = now.getDayOfMonth();
    // 5.获取本月截止今天为止的所有的签到记录,返回的是一个十进制的数字 BITFIELD sign:5:202203 GET u14 0
    List<Long> result = stringRedisTemplate.opsForValue().bitField(
            key,
            BitFieldSubCommands.create()
                    .get(BitFieldSubCommands.BitFieldType.unsigned(dayOfMonth)).valueAt(0)
    );
    if (result == null || result.isEmpty()) {
        // 没有任何签到结果
        return Result.ok(0);
    }
    Long num = result.get(0);
    if (num == null || num == 0) {
        return Result.ok(0);
    }
    // 6.循环遍历
    int count = 0;
    while (true) {
        // 6.1.让这个数字与1做与运算,得到数字的最后一个bit位  // 判断这个bit位是否为0
        if ((num & 1) == 0) {
            // 如果为0,说明未签到,结束
            break;
        }else {
            // 如果不为0,说明已签到,计数器+1
            count++;
        }
        // 把数字右移一位,抛弃最后一个bit位,继续下一个bit位
        num >>>= 1;
    }
    return Result.ok(count);
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41

扩展-关于使用bitmap来解决缓存穿透的方案

回顾缓存穿透

  • 发起了一个数据库不存在的,redis里边也不存在的数据,通常你可以把他看成一个攻击

解决方案:

  • 判断id<0

  • 如果数据库是空,那么就可以直接往redis里边把这个空数据缓存起来

第一种解决方案:遇到的问题是如果用户访问的是id不存在的数据,则此时就无法生效

第二种解决方案:遇到的问题是:如果是不同的id那就可以防止下次过来直击数据

如何解决呢?

我们可以将数据库的数据,所对应的id写入到一个list集合中,当用户过来访问的时候,我们直接去判断list中是否包含当前的要查询的数据,如果说用户要查询的id数据并不在list集合中,则直接返回,如果list中包含对应查询的id数据,则说明不是一次缓存穿透数据,则直接放行。

现在的问题是这个主键其实并没有那么短,而是很长的一个 主键。

  • 哪怕你单独去提取这个主键,但是在11年左右,淘宝的商品总量就已经超过10亿个

所以如果采用以上方案,这个list也会很大,所以我们可以使用bitmap来减少list的存储空间

我们可以把list数据抽象成一个非常大的bitmap,我们不再使用list,而是将db中的id数据利用哈希思想,比如:

id % bitmap.size = 算出当前这个id对应应该落在bitmap的哪个索引上,然后将这个值从0变成1,然后当用户来查询数据时,此时已经没有了list,让用户用他查询的id去用相同的哈希算法, 算出来当前这个id应当落在bitmap的哪一位,然后判断这一位是0,还是1,如果是0则表明这一位上的数据一定不存在,采用这种方式来处理,需要重点考虑一个事情,就是误差率,所谓的误差率就是指当发生哈希冲突的时候,产生的误差。