redis 用setbit(bitmap)统计活跃用户

getspool.com的重要统计数据是实时计算的。Redis的bitmap让咱们能够实时的进行相似的统计，而且极其节省空间。在模拟1亿2千8百万用户的模拟环境下，在一台MacBookPro上，典型的统计如“日用户数”(dailyunique users) 的时间消耗小于50ms, 占用16MB内存。Spool如今尚未1亿2千8百万用户，可是咱们的方案能够应对这样的规模。咱们想分享这是如何作到的，也许能帮到其它创业公司。

Bitmap以及Redis Bitmaps快速入门（Crash Course on Bitmap and Redis Bitmaps）

Bitmap(即Bitset)
    Bitmap是一串连续的2进制数字（0或1），每一位所在的位置为偏移(offset)，在bitmap上可执行AND,OR,XOR以及其它位操做。


位图计数（Population Count）

    位图计数统计的是bitmap中值为1的位的个数。位图计数的效率很高，例如，一个bitmap包含10亿个位，90%的位都置为1，在一台MacBook Pro上对其作位图计数须要21.1ms。SSE4甚至有对整形(integer)作位图计数的硬件指令。

 

 

 

 

 

 

 

 

Redis Bitmaps

    Redis容许使用二进制数据的Key(binary keys) 和二进制数据的Value(binary values)。Bitmap就是二进制数据的value。Redis的 setbit(key, offset, value)操做对指定的key的value的指定偏移(offset)的位置1或0，时间复杂度是O(1)。

一个简单的例子：日活跃用户

    为了统计今日登陆的用户数，咱们创建了一个bitmap,每一位标识一个用户ID。当某个用户访问咱们的网页或执行了某个操做，就在bitmap中把标识此用户的位置为1。在Redis中获取此bitmap的key值是经过用户执行操做的类型和时间戳得到的。

      

 

 

 

 

      这个简单的例子中，每次用户登陆时会执行一次redis.setbit(daily_active_users, user_id, 1)。将bitmap中对应位置的位置为1，时间复杂度是O(1)。统计bitmap结果显示有今天有9个用户登陆。Bitmap的key是 daily_active_users，它的值是1011110100100101。

    由于日活跃用户天天都变化，因此须要天天建立一个新的bitmap。咱们简单地把日期添加到key后面，实现了这个功能。例如，要统计某一天有多少个用户 至少听了一个音乐app中的一首歌曲，能够把这个bitmap的redis key设计为play:yyyy-mm-dd-hh。当用户听了一首歌曲，咱们只是简单地在bitmap中把标识这个用户的位置为1，时间复杂度是 O(1)。

[java]

 

Redis.setbit(play:yyyy-mm-dd, user_id, 1)  

 

 

    今天听过歌曲的用户就是key是play:yyyy-mm-dd的bitmap的位图计数。若是要按周或月统计，只要对这周或这个月的全部bitmap求并集，得出新的bitmap，在对它作位图计数。

 

 

 

    利用这些bitmap作其它复杂的统计也很是容易。例如，统计11月听过歌曲的高级用户(premium user)：
(play:2011-11-01∪ play:2011-11-02∪ … ∪ play:2011-11-30)∩premium:2011-11

1亿2千8百万用户的性能比较(Performance comparison using 128 million users)

    下面的表格显示了在1亿2千8百万用户上完成的时间粒度为1天，一周，一个月的用户统计的时间消耗比较。

Period	Time(ms)
Daily	50.2
Weekly	392.0
Monthly	1624.8

优化(Optimizations)

    前面的例子中，咱们把日统计，周统计，月统计缓存到Redis，以加快统计速度。
   

    这是一种很是灵活的方法。这样进行缓存的额外红利是能够进行更多的统计，如每周活跃的手机用户—求手机用户的bitmap与周活跃用户的交集。或者，若是 要统计过去n天的活跃用户数，缓存的日活跃用户使这样的统计变得简单——从cache中获取过去n-1天的日活跃用户bitmap和今天的bitmap, 对它们作并集(Union)，时间消耗是50ms。

示例代码（SampleCode）

下面的Java代码用来统计某个用户操做在某天的活跃用户。
[java]

 import redis.clients.jedis.Jedis;  
import java.util.BitSet;  
...  
    Jedis redis = new Jedis("localhost");  
    ...  
    public int uniqueCount(String action, String date) {  
        String key = action + ":" + date;  
        BitSet users = BitSet.valueOf(redis.get(key.getBytes()));  
        return users.cardinality();  
    }     

 

下面的Java代码用来统计某个用户操做在一个指定多个日期的活跃用户。
[java] 

 import redis.clients.jedis.Jedis;  
import java.util.BitSet;  
...  
    Jedis redis = new Jedis("localhost");  
    ...  
    public int uniqueCount(String action, String... dates) {  
        BitSet all = new BitSet();  
        for (String date : dates) {  
            String key = action + ":" + date;  
            BitSet users = BitSet.valueOf(redis.get(key.getBytes()));  
            all.or(users);  
        }  
        return all.cardinality();  
    }  

 

 

References:

[1] Redis setbit command

About Author:

      Garyelephant
      garygaowork[at]gmail.com
       关注互联网创新、分布式、NOSQL,高并发技术。