七天玩转Redis | Day3、Redis位图和GEO介绍与使用

目录

1、位图

1.1、应用场景

在很多互联网应用中，我们会存在签到送积分、签到领取奖励等这样的需求，比如:

• 签到1天送10积分，连续签到2天送20积分，3天送30积分，4天以上均送50积分等。
• 如果连续签到中断，则重置计数，每月初重置计数。
• 显示用户某个月的签到次数。
• 在日历控件上展示用户每月签到情况，可以切换年月显示。

1.2、设计思路

1.2.1、数据库解决

最简单的设计思路就是利用关系型数据库保存签到数据(t_user_sign)，如下:
字段名描述id数据表主键（AUTO_INCREMENT)fk_diner_id用户IDsign_date签到日期（如2010-11-11）amount连续签到次数（如2）

• 用户签到：往此表插入一条数据，并更新连续签到天数;
• 查询根据签到日期查询
• 统计根据amount统计

如果这样存数据的话，对于用户量比较大的应用，数据库可能就扛不住，比如1000W用户，一天一条，那么一个月就是3亿数据，这是非常庞大的。

1.2.2、使用Redis的BitMaps完成

Bitmaps叫位图，它不是Redis的基本数据类型(比如Strings、Lists、Sets、Hashes这类实际的数据类型)，而是基于string数据类型的按位操作，高阶数据类型的一种。Bitmaps支持的最大位数是2^32​位。 使用512M内存就可以存储多达42.9亿的字节信息(2^32= 4,294,967,296)

它是由一组bit位组成的，每个bit位对应0和1两个状态，虽然内部还是采用String类型存储，但Redis提供了一些指令用于直接操作位图，可以把它看作是一个bit数组，数组的下标就是偏移量。

它的优点是内存开销小、效率高且操作简单，很适合用于签到这类场景。比如按月进行存储，一个月最多31天，那么我们将该月用户的签到缓存二进制就是
00000000000000000000000000000000，当某天签到将0改成1即可，而且Redis提供对bitmap的很多操作比如存储、获取、统计等指令，使用起来非常方便。

1.3、BitMaps常用指令

命令功能参数SETBIT指定偏移量bit位置设置值key offset value 【 0=<offset<2^32】GETBIT查询指定偏移位置的bit值key offsetBITCOUNT统计指定字节区间bit为1的数量key [start end]【@LBN】BITFIELD操作多字节位域key [GET type offset] [SET type offset value] [INCRBY type offsetincrement] [OVERFLOW WRAP/SAT/FAIL]BITPOS查询指定字节区间第一个被设置成1的bit位的位置key bit [start] [end]【@LBN】
考虑到每月初需要重置连续签到次数，最简单的方式是按用户每月存一条签到数据（也可以每年存一条数据)。Key的格式为

u :sign:userid :yyyyNM

，Value则采用长度为4个字节(32位）的位图（最大月份只有31天)。位图的每一位代表一天的签到，1表示已签，0表示未签。从高位插入，也就是说左边位算是开始日期。

例如

user:sign:98:202883

表示用户id=98的用户在2020年3月的签到记录。

2、GEO

2.1、应用场景

各种社交软件里面都有附件的人的需求，在该应用中，我们需要查询附近1公里的人员信息，同时只需查询出20个即可。

2.2、设计思路

解决基于地理位置的搜索，很多数据库品牌都支持：MySQL、MongoDB、Redis等都能支持地理位置的存储。

• 当用户登录应用时，或者保持用户登录后用户在使用应用时，客户端是可以时刻获取用户位置信息的(前提是用户要开启位置获取的权限)，客户端获取到最新的地理位置后，上传到后端服务器进行更新。
• 当用户点击Near Me功能时，那么通过后台就可以以当前用户的位置为圆点，距离为半径查询相关的用户展示即可完成。

2.3、Redis GEO常用指令

在Redis中，在有序集合以及GeoHash的基础上实现了Geo类型表示地理空间信息。GeoHash是将经纬度进行编码，使二维信息变为一维信息的一种算法。下面我们就来介绍Redis中Geo类型相关的常用指令。
命令功能参数GEOADD添加地理位置GEOADD key longitude latitude member [longitude latitude member …]GEODIST两点间的距离GEODIST key member1 member2 [unit]GEOHASH返回标准的Geohash值GEOHASH key member[member …]GEOPOS返回key中给定元素的位置信息(经纬度)GEOPQS key member[member…]GEOREDIUS返回以某点为圆心，距离为半径的其他位置元素GEOREDIuS key longitude latitude radius m|km/ft|mi [wITHCQORD] [WITHDIST] [WITHHASH] [COUNT count]GEORADIUSBYMEMBER跟GEOREDIuS一样，只不过圆心是给定的member元素GEORADIUSBYMEMBER key longitude latitude radius m |km/ft|mi [wITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH] [COUNT count]

2.3.1、GEOADD

GEOADD key longitude latitude member [longitude latitude member …] 添加位置信息

# 添加单个位置192.168.65.3:0>GEOADD diner:location 121.44661731.205593'zhangsan'"1"# 添加多个位置192.168.65.3:0>GEOADD diner:location 121.446577431.20485103'lisi'121.4453431.2031'wangwu'121.451064831.2090667'zhangliu'"3"

2.3.2、GEODIST

GEODIST key member1 member2 [unit]计算距离，其中unit为单位m|km|ft(英尺)|mi (英里)

# 计算两点间的距离，返回距离的单位是米(m)192.168.65.3:0>GEODIST diner:location zhangsan lisi m
"82.4241"#计算两点间的距离，返回距离的单位是千米(km) 192.168.65.3:0>GEODIST diner:location zhangsan lisi km 
"0.0824"

2.3.3、GEOHASH

GEOHASH key member[mmber…]返回一个或多个位置元素的Gechash。保存到Redis中是用Geohash位置52点整数编码的。

GeoHash将二维的经纬度转换成字符串，比如下图展示了北京9个区域的GeoHash字符串，分别是WX4ER，WX4G2、WX4G3等 等，每一个字符串代表了某一矩形区域。也就是说，这个矩形区域内所有的点（经纬度坐标）都共享相同的GeoHash字符串，这样既可以保护隐私（只表示大概区域位置而不是具体的点），又比较容易做缓存，比如左上角这个区域内的用户不断发送位置信息请求餐馆数据，由于这些用户的GeoHash字符串都是WX4ER，所以可以把WX4ER当作key，把该区域的餐馆信息当作value来进行缓存，而如果不使用GeoHash的话，由于区域内的用户传来的经纬度是各不相同的，很难做缓存。

http://openlocation.org/geohash/geohash-js/ 提供了在地图上显示geohash编码的功能。

#计算某个位置的GeoHash值192.168.65.3:0>GEOHASH diner:location zhangsan
 1)"wtw3e8f9z20"

2.3.4、GEOPOS

GEOPos key member [member …]从

key

里返回所有给定位置元素的位置（ 经度和纬度 ）

#返回zhangsan和lisi的位置信息192.168.65.3:0>GEOPOS diner:location zhangsan lisi
 1)1)"121.44661813974380493"2)"31.20559220971455971"2)1)"121.44657522439956665"2)"31.20485207113603821"

2.3.5、GEORADIUS

GEORADIUs key longitude latitude radius m|km/ftlmi [WITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH] [COUNT count]给定的经纬度为中心，返回键包含的位置元素当中，与中心的距离不超过给定最大距离的所有位置元素。范围可以使用以下其中一个单位:

• m表示单位为米。
• km表示单位为千米。
• mi表示单位为英里。
• ft表示单位为英尺。

在给定以下可选项时，命令会返回额外的信息:

• WITHDIST: 在返回位置元素的同时， 将位置元素与中心之间的距离也一并返回。 距离的单位和用户给定的范围单位保持一致
• WITHCOORD: 将位置元素的经度和维度也一并返回
• WITHHASH: 以 52 位有符号整数的形式， 返回位置元素经过原始 geohash 编码的有序集合分值。 这个选项主要用于底层应用或者调试， 实际中的作用并不大。

命令默认返回未排序的位置元素。 通过以下两个参数， 用户可以指定被返回位置元素的排序方式：

• ASC：根据中心的位置， 按照从近到远的方式返回位置元素。
• DESC: 根据中心的位置， 按照从远到近的方式返回位置元素

在默认情况下， GEORADIUS 命令会返回所有匹配的位置元素。 虽然用户可以使用 COUNT 选项去获取前 N 个匹配元素， 但是因为命令在内部可能会需要对所有被匹配的元素进行处理， 所以在对一个非常大的区域进行搜索时， 即使只使用

COUNT

选项去获取少量元素， 命令的执行速度也可能会非常慢。 但是从另一方面来说， 使用

COUNT

选项去减少需要返回的元素数量， 对于减少带宽来说仍然是非常有用的。

# 以121.446617 31.205593(张三位置)为圆心，3000m为半径，查询返回用户及其位置192.168.65.3:0>GEORADIUS diner:location 121.44661731.2055933000 m WITHCOORD
 1)1)"wangwu"2)1)"121.44534140825271606"2)"31.20310057881493293"2)1)"lisi"2)1)"121.44657522439956665"2)"31.20485207113603821"3)1)"zhangsan"2)1)"121.44661813974380493"2)"31.20559220971455971"4)1)"zhangliu"2)1)"121.45106524229049683"2)"31.20906731242401833"# 以121.446617 31.205593(张三位置)为圆心，3000m为半径，查询返回用户及其距离(单位是米)192.168.65.3:0>GEORADIUS diner:location 121.44661731.2055933000 m WITHDIST
 1)1)"wangwu"2)"302.6202"2)1)"lisi"2)"82.5066"3)1)"zhangsan"2)"0.1396"4)1)"zhangliu"2)"573.0651"# 以121.446617 31.205593(张三位置)为圆心，3000m为半径，查询返回用户及其距离(单位是米) 由近及远192.168.65.3:0>GEORADIUS diner:location 121.44661731.2055933000 m WITHDIST ASC
 1)1)"zhangsan"2)"0.1396"2)1)"lisi"2)"82.5066"3)1)"wangwu"2)"302.6202"4)1)"zhangliu"2)"573.0651"# 以121.446617 31.205593(张三位置)为圆心，3000m为半径，查询返回用户及GeoHash值去2个192.168.65.3:0>GEORADIUS diner:location 121.44661731.2055933000 m WITHHASH COUNT 21)1)"zhangsan"2)"4054756138736536"2)1)"lisi"2)"4054756138536712"

2.3.6、GEORADIUSBYMEMBER

GEORADIUSBYMEMBER key member radius m|km/tlmi WITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH] [COUNT count)，这个命令和GEORADIUs命令一样，都可以找出位于指定范围内的元素，但是GEORADIUSBYMEMBER 的中心点是由给定的位置元素决定的，而不是像GEORADIUS那样，使用输入的经度和纬度来决定中心点

指定成员的位置被用作查询的中心。

192.168.65.3:0>GEORADIUSBYMEMBER diner:location zhangsan 1000 m
 1)"wangwu"2)"lisi"3)"zhangsan"4)"zhangliu"

如下如图所示：