平常我們我接觸最多的是5個(gè)入門級(jí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：String，Hash，List，Set，Sorted Set。本文介紹3個(gè)高級(jí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：Bitmaps，Hyperloglogs，GEO。

Bitmaps

bitmaps不是一個(gè)真實(shí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。而是String類型上的一組面向bit操作的集合。由于strings是二進(jìn)制安全的blob，并且它們的最大長(zhǎng)度是512m，所以bitmaps能最大設(shè)置2^32個(gè)不同的bit。

bit操作被分為兩組：

• 恒定時(shí)間的單個(gè)bit操作，例如把某個(gè)bit設(shè)置為0或者1。或者獲取某bit的值。
• 對(duì)一組bit的操作。例如給定范圍內(nèi)bit統(tǒng)計(jì)（例如人口統(tǒng)計(jì)）。

Bitmaps的最大優(yōu)點(diǎn)就是存儲(chǔ)信息時(shí)可以節(jié)省大量的空間。例如在一個(gè)系統(tǒng)中，不同的用戶被一個(gè)增長(zhǎng)的用戶ID表示。40億（2^32=4*1024*1024*1024≈40億）用戶只需要512M內(nèi)存就能記住某種信息，例如用戶是否登錄過。

Bits設(shè)置和獲取通過SETBIT 和GETBIT 命令，用法如下：

SETBIT key offset value
GETBIT key offset

使用實(shí)例：

127.0.0.1:6380> setbit dupcheck 10 1
(integer) 0
127.0.0.1:6380> getbit dupcheck 10 
(integer) 1

SETBIT命令第一個(gè)參數(shù)是位編號(hào)，第二個(gè)參數(shù)是這個(gè)位的值，只能是0或者1。如果bit地址超過當(dāng)前string長(zhǎng)度，會(huì)自動(dòng)增大string。

Bitmaps示意圖

GETBIT命令指示返回指定位置bit的值。超過范圍（尋址地址在目標(biāo)key的string長(zhǎng)度以外的位）的GETBIT總是返回0。三個(gè)操作bits組的命令如下：

• BITOP 執(zhí)行兩個(gè)不同string的位操作.，包括AND，OR，XOR和NOT.
• BITCOUNT 統(tǒng)計(jì)位的值為1的數(shù)量。
• BITPOS 尋址第一個(gè)為0或者1的bit的位置（尋址第一個(gè)為1的bit的位置：bitpos dupcheck 1； 尋址第一個(gè)為0的bit的位置：bitpos dupcheck 0）.

bitmaps一般的使用場(chǎng)景：

• 各種實(shí)時(shí)分析.
• 存儲(chǔ)與對(duì)象ID關(guān)聯(lián)的節(jié)省空間并且高性能的布爾信息.

例如，想象一下你想知道訪問你的網(wǎng)站的用戶的最長(zhǎng)連續(xù)時(shí)間。你開始計(jì)算從0開始的天數(shù)，就是你的網(wǎng)站公開的那天，每次用戶訪問網(wǎng)站時(shí)通過SETBIT命令設(shè)置bit為1，可以簡(jiǎn)單的用當(dāng)前時(shí)間減去初始時(shí)間并除以3600*24（結(jié)果就是你的網(wǎng)站公開的第幾天）當(dāng)做這個(gè)bit的位置。

這種方法對(duì)于每個(gè)用戶，都有存儲(chǔ)每天的訪問信息的一個(gè)很小的string字符串。通過BITCOUN就能輕易統(tǒng)計(jì)某個(gè)用戶歷史訪問網(wǎng)站的天數(shù)。另外通過調(diào)用BITPOS命令，或者客戶端獲取并分析這個(gè)bitmap，就能計(jì)算出最長(zhǎng)停留時(shí)間。

HyperLogLogs

HyperLogLog是用于計(jì)算唯一事物的概率數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（從技術(shù)上講，這被稱為估計(jì)集合的基數(shù)）。如果統(tǒng)計(jì)唯一項(xiàng)，項(xiàng)目越多，需要的內(nèi)存就越多。因?yàn)樾枰涀∵^去已經(jīng)看過的項(xiàng)，從而避免多次統(tǒng)計(jì)這些項(xiàng)。

然而，有一組算法可以交換內(nèi)存以獲得精確度：在redis的實(shí)現(xiàn)中，您使用標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤小于1％的估計(jì)度量結(jié)束。這個(gè)算法的神奇在于不再需要與需要統(tǒng)計(jì)的項(xiàng)相對(duì)應(yīng)的內(nèi)存，取而代之，使用的內(nèi)存一直恒定不變。最壞的情況下只需要12k，就可以計(jì)算接近2^64個(gè)不同元素的基數(shù)。或者如果您的HyperLogLog（我們從現(xiàn)在開始簡(jiǎn)稱它為HLL）已經(jīng)看到的元素非常少，則需要的內(nèi)存要要少得多。

在redis中HLL是一個(gè)不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它被編碼成Redis字符串。因此可以通過調(diào)用GET命令序列化一個(gè)HLL，也可以通過調(diào)用SET命令將其反序列化到redis服務(wù)器。

HLL的API類似使用SETS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)做相同的任務(wù)，SETS結(jié)構(gòu)中，通過SADD命令把每一個(gè)觀察的元素添加到一個(gè)SET集合，用SCARD命令檢查SET集合中元素的數(shù)量，集合里的元素都是唯一的，已經(jīng)存在的元素不會(huì)被重復(fù)添加。

而使用HLL時(shí)并不是真正添加項(xiàng)到HLL中（這一點(diǎn)和SETS結(jié)構(gòu)差異很大），因?yàn)镠LL的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只包含一個(gè)不包含實(shí)際元素的狀態(tài)，API是一樣的：

• PFADD命令用于添加一個(gè)新元素到統(tǒng)計(jì)中。
• PFCOUNT命令用于獲取到目前為止通過PFADD命令添加的唯一元素個(gè)數(shù)近似值。
• PFMERGE命令執(zhí)行多個(gè)HLL之間的聯(lián)合操作。

127.0.0.1:6380> PFADD hll a b c d d c
(integer) 1
127.0.0.1:6380> PFCOUNT hll
(integer) 4
127.0.0.1:6380> PFADD hll e
(integer) 1
127.0.0.1:6380> PFCOUNT hll
(integer) 5

PFMERGE命令說明：

PFMERGE destkey sourcekey [sourcekey ...]
Merge N different HyperLogLogs into a single one.

用法（把hll1和hll2合并到hlls中）：

127.0.0.1:6380> PFADD hll1 1 2 3
(integer) 1
127.0.0.1:6380> PFADD hll2 3 4 5
(integer) 1
127.0.0.1:6380> PFMERGE hlls hll1 hll2
OK
127.0.0.1:6380> PFCOUNT hlls

HLL數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一個(gè)使用場(chǎng)景就是計(jì)算用戶每天在搜索框中執(zhí)行的唯一查詢，即搜索頁(yè)面UV統(tǒng)計(jì)。而Bitmaps則用于判斷某個(gè)用戶是否訪問過搜索頁(yè)面。這是它們用法的不同。

GEO

Redis的GEO特性在 Redis3.2版本中推出，這個(gè)功能可以將用戶給定的地理位置（經(jīng)度和緯度）信息儲(chǔ)存起來，并對(duì)這些信息進(jìn)行操作。GEO相關(guān)命令只有6個(gè)：

• GEOADD：GEOADD key longitude latitude member [longitude latitude member ...]，將指定的地理空間位置（緯度、經(jīng)度、名稱）添加到指定的key中。例如：GEOADD city 113.501389 22.405556 shenzhen；

經(jīng)緯度具體的限制，由EPSG:900913/EPSG:3785/OSGEO:41001規(guī)定如下：
有效的經(jīng)度從-180度到180度。
有效的緯度從-85.05112878度到85.05112878度。
當(dāng)坐標(biāo)位置超出上述指定范圍時(shí)，該命令將會(huì)返回一個(gè)錯(cuò)誤。

• GEOHASH：GEOHASH key member [member ...]，返回一個(gè)或多個(gè)位置元素的標(biāo)準(zhǔn)Geohash值，它可以在http://geohash.org/使用。查詢例子：http://geohash.org/sqdtr74hyu0.（可以通過谷歌了解Geohash原理，或者戳Geohash基本原理：https://www.cnblogs.com/tgzhu/p/6204173.html）。

• GEOPOS：GEOPOS key member [member ...]，從key里返回所有給定位置元素的位置（經(jīng)度和緯度）。

• GEODIST：GEODIST key member1 member2 [unit]，返回兩個(gè)給定位置之間的距離。GEODIST命令在計(jì)算距離時(shí)會(huì)假設(shè)地球?yàn)橥昝赖那蛐巍Ｔ跇O限情況下，這一假設(shè)最大會(huì)造成0.5%的誤差。

指定單位的參數(shù)unit必須是以下單位的其中一個(gè)：
m 表示單位為米（默認(rèn)）。
km 表示單位為千米。
mi 表示單位為英里。
ft 表示單位為英尺。

• GEORADIUS：GEORADIUS key longitude latitude radius m|km|ft|mi [WITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH] [COUNT count]，以給定的經(jīng)緯度為中心， 返回鍵包含的位置元素當(dāng)中， 與中心的距離不超過給定最大距離的所有位置元素。這個(gè)命令可以查詢某城市的周邊城市群。

• GEORADIUSBYMEMBER：GEORADIUSBYMEMBER key member radius m|km|ft|mi [WITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH] [COUNT count]，這個(gè)命令和GEORADIUS命令一樣，都可以找出位于指定范圍內(nèi)的元素，但是GEORADIUSBYMEMBER的中心點(diǎn)是由給定的位置元素決定的，而不是像 GEORADIUS那樣，使用輸入的經(jīng)度和緯度來決定中心點(diǎn)。

指定成員的位置被用作查詢的中心。

GEO的6個(gè)命令用法示例如下：

redis> GEOADD Sicily 13.361389 38.115556 "Palermo" 15.087269 37.502669 "Catania"
(integer) 2

redis> GEOHASH Sicily Palermo Catania
1) "sqc8b49rny0"
2) "sqdtr74hyu0"

redis> GEOPOS Sicily Palermo Catania NonExisting
1) 1) "13.361389338970184"
   2) "38.115556395496299"
2) 1) "15.087267458438873"
   2) "37.50266842333162"
3) (nil)

redis> GEODIST Sicily Palermo Catania
"166274.15156960039"

redis> GEORADIUS Sicily 15 37 100 km
1) "Catania"
redis> GEORADIUS Sicily 15 37 200 km
1) "Palermo"
2) "Catania"

redis> GEORADIUSBYMEMBER Sicily Agrigento 100 km
1) "Agrigento"
2) "Palermo"