Redis 特殊类型

Bitmap

Redis 的 Bitmap 不是独立数据结构，而是对字符串（String）的按位操作。每个 bit 表示一个布尔状态（0/1）。用于按位存储和操作数据，适用于海量数据的布尔状态存储和统计等场景。

比如要记录某个用户是否登录、是否完成任务、是否在线，用一个 bit 就足够了。

单个 String 最多 512MB，一个 Bitmap 可以支持的最大 bit 数是 512MB * 8 = 2^32 个 bit。

这不是 SDS（简单动态字符串）本身的硬上限；SDS 头有 sdshdr64 等实现可承载更大。但 Redis 出于稳定性和资源控制，将默认上限设为 512MB。

应用场景

• 签到：按天创建一个 key，用户 ID 作为位偏移。BITCOUNT 统计人数。
• 黑白名单：O(1) 查询是否在名单中。

常用命令和复杂度

命令	作用	复杂度
SETBIT key offset value	设置指定 offset 位置的值，返回旧的值	O(1)
GETBIT key offset	获取指定位置的值	O(1)
BITCOUNT key [start end]	统计 1 的个数；start/end 按字节索引	O(N)（扫描范围）
BITOP AND|OR|XOR|NOT dest key [key...]	对一个或多个字符串（位图）逐字节逐位做位运算，把结果写到目标键 dest（覆盖写入）	O(N)
BITPOS key bit [start end]	查找第一个 0/1 出现位置	O(N)

HyperLogLog

HyperLogLog 以极小内存近似计算集合基数（去重后的数量），常用于UV/去重计数。只需要 12k 的空间就能存储接近2^64个不同元素。(算法原理)。

UV: 在给定时间窗口内，去重后的访问用户数。每个用户只计一次。

• 固定内存：与集合中的元素个数无关，因为只维护固定数量 m 个寄存器且每个寄存器仅存一个小整数，与数据量无关。

• 误差可控约 $1.04/\sqrt{m}$：Redis 默认 p=14 → m=$2^{14}$=16384，所以标准误差 = $1.04/\sqrt{16384}$ ≈ 1.04/128 ≈ 0.008125 ≈ 0.81%。

HyperLogLog 的具体实现与数学中的伯努利实验相关，此处不再讲解。

命令	作用	复杂度
PFADD key elem ...	一次加入 n 个元素	O(n)
PFCOUNT key	获取 HyperLogLog 的基数	缓存命中为 O(1)；否则 O(m)（扫描全部寄存器）
PFMERGE dest src1 src2 ... srcK	将多个 HyperLogLog 合并到 destkey 中	O(m·K)

PFCOUNT 会把最近一次计算的基数估计值缓存在 HLL 头部的 card[0..7] 字节里，并用最高位标记有效性；若该标记为有效，下次 PFCOUNT 直接返回该值，无需再次扫描 m 个寄存器，这就叫缓存命中。

Geospatial

Geospatial 是在一个键里存储大量地点（经纬度 + 名称），并支持高效的附近检索、距离计算等操作的功能。

底层是把每个地点存到一个 ZSET 里，地点名是 member，分值 score 不是普通数值，而是把经纬度编码后的 geohash* 整数。

常用命令和复杂度

命令	作用	复杂度
GEOADD key lon lat member ...	新增/更新地点	O(log N) 每个元素
GEOPOS key member	查指定 member 的经纬度	O(1) 每个元素
GEODIST key member1 member2 M/KM/FT/MI	计算两点距离	O(1)

GEOSEARCH key FROMMEMBER m | FROMLONLAT lon lat BYRADIUS r u | BYBOX w h u [ASC|DESC] [COUNT n] [WITHDIST|WITHCOORD|WITHHASH]

以一个起点（给定成员或经纬度）为中心，按圆形半径或矩形检索附近地点，并可选择返回距离、坐标和内部哈希，支持距离排序与数量截断。

• 起点两种指定方式（二选一）：

  • FROMMEMBER m：以已存在的成员 m 的位置为中心

  • FROMLONLAT lon lat：以给定坐标为中心（经度在前，纬度在后）

• 范围两种形状（二选一）：

  • BYRADIUS r unit：圆形半径；unit 为 m|km|ft|mi

  • BYBOX width height unit：以中心为中点、与经纬轴对齐的矩形，单位同上

• 可选项：

  • ASC|DESC：按“到起点的距离”升序/降序

  • COUNT n：最多返回 n 个结果（不指定排序时仅做截断，不保证最近优先）

  • WITHDIST：同时返回到起点的距离

  • WITHCOORD：同时返回每个成员的经纬度

  • WITHHASH：返回内部 geohash 整数