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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;
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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 无
返回值 无

代码

UserController

 @PostMapping("/sign")
 public Result sign(){
    return userService.sign();
 }
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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();
}
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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 无
返回值 连续签到天数

代码

UserController

@GetMapping("/sign/count")
public Result signCount(){
    return userService.signCount();
}
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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);
}
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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。

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