如何優雅地實現Redis命令setbits與getbits

在之前的文章《如何優雅地使用Redis之點陣圖操作》和《再談如何優雅地使用Redis之點陣圖操作》中，筆者介紹了關於Redis點陣圖操作的高級應用，其中就講到了如何優雅地實現getbits。Redis官方提供了getbit命令，其可以獲取某個key對應比特位的比特值，而getbits顧名思義就是支持一次性獲取多個比特位的比特值的命令，遺憾的是，Redis官方並沒有提供getbits命令。在上述2篇文章中，筆者是通過解析位元組數組的方式來實現getbits命令的，雖然可以實現，但是卻有2個不足之處：1、這種方式實現的getbits命令不是原子性的，因為這種方式實現的getbits命令其實是分2步進行的，先讀取位元組數組，再解析位元組數組，在這2個步驟之間，Redis是可以執行其他命令的，所以可能會出現數據不一致的現象。2、當存儲的點陣圖數據空間佔用比較大時，一次性讀取整個位元組數組，會造成Redis伺服器阻塞，嚴重的還會造成客戶端內存溢出，雖然可以通過分多次去讀取位元組數組來避免這個問題，但是這樣一來就增加了網路開銷，不是特別優雅。

今天給大家介紹一種通過Redis原生命令bitfield實現setbits和getbits的方法。

bitfield命令

首先介紹一下bitfield命令的用途。官方對bitfield命令的介紹是：通過bitfield命令可以一次性操作多個比特位域，它會執行一系列操作並返回一個響應數組，這個數組中的元素對應參數列表中的相應操作的執行結果。說白了就是通過bitfield命令我們可以一次性對多個比特位域進行操作。需要注意的是，這裡提到的是比特位域，不是比特位，所謂比特位域，指的是連續的多個比特位，也就是說，bitfield不僅僅可以對多個單個的比特位進行操作，還支持對多個比特位域進行操作，所以功能是十分強大的。

這裡的操作指的是以下幾種：

GET

SET

INCRBY

其中，get命令的作用是讀取指定位域的值，set命令的作用是設置指定位域的值並返回舊的值，increby命令的作用是增加或減少指定位域的值並返回新的值。

舉個例子：

BITFIELD mykey SET i5 100 10 GET u4 2

這個命令包含了2個子操作，分別是SET i5 100 10和GET u4 2。SET i5 100 10的作用是從第100位開始，將接下來的5位用有符號數10代替，其中i表示的是有符號整數。GET u4 2的作用是從第2位開始，將接下來的4位當成無符號整數並取出，其中u表示的是無符號整數。

上述只是bitfield的一部分應用，實際上bitfield還有很多更高級的用法，有興趣的可以去Redis官網查閱，這裡就不再詳細介紹了。

實現setbits

接下來說下如果使用bitfield實現setbits原子命令。如果我們要將某一位（比如說第3位）設置為1，可以使用這樣的子操作：set u1 3 1，同樣地，如果我們需要將多個位設置成1，只要將多個set子操作拼接在一起可以了。舉個例子：如果我們要將第1位、第3位、第6位設置成1，則可以使用如下命令：

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

其中k1指的是key。

我們可以寫個程序驗證下。驗證的方法是先使用上述命令對相應的比特位進行設值，然後使用redis原生的getbit命令遍歷每個比特位，看看是不是對應的位都可以被設置成1。

程序如下：

我們看下結果輸出：

可以看到，第1位、第3位、第6位都被設置成了true，而其他位還是原始值flase。所以這種方式確實可以實現一次性對多個比特位進行設值。

實現getbits

接下來我們使用bitfield命令來實現getbits原子命令。如果想讀取某個位（比如說第3位）的比特值，可以使用這樣的子操作：get u1 3。如果需要同時讀取多個比特位，則只需要將多個get子操作拼接在一起就可以了。還是舉個例子，如果我們想同時讀取第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。

我們還是寫個程序驗證下。驗證的方式是使用Redis原生的setbit命令分別將第2位、第4位、第7位比特位設置成1，然後使用上述bitfield命令分別讀取每個比特位的值，看看是否只有對應的比特位被設置成了1。

程序如下：

結果輸出如下：

可以看到，第2位、第4位、第7位都被設置成了1，而其他位還是原始的值0。說明確實可以使用bitfield命令來實現getbits。

總結

使用bitfield實現getbits和setbits的好處有2個：1、原子性保證，由於所有操作都是在一個bitfield命令中完成的，所以可以保證操作的原子性。2、由於這種方式是在Redis服務端解析後再返回給客戶端的，客戶端並不需要一次性讀取整個位元組數組，所以不會造成客戶端內存溢出。

是不是很神奇？

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