假如我们在判断用户是否登陆的场景中使用 Redis 的 String 类型实现（key -> userId，value -> 0 表示下线，1 – 登陆），假如存储 100 万个用户的登陆状态，如果以字符串的形式存储，就需要存储 100 万个字符串了，内存开销太大。

❝为什么 String 类型内存开销大？

String 类型除了记录实际数据以外，还需要额外的内存记录数据长度、空间使用等信息。

当保存的数据包含字符串，String 类型就使用简单动态字符串（SDS）结构体来保存，如下图所示：

SDS

• len ：占 4 个字节，表示 buf 的已用长度。
• alloc ：占 4 个字节，表示 buf 实际分配的长度，通常 > len。
• buf ：字节数组，保存实际的数据，Redis 自动在数组最后加上一个 “”，额外占用一个字节的开销。

所以，在 SDS 中除了 buf 保存实际的数据， len 与 alloc 就是额外的开销。

另外，还有一个RedisObject 结构的开销，因为 Redis 的数据类型有很多，而且，不同数据类型都有些相同的元数据要记录（比如最后一次访问的时间、被引用的次数等）。

所以，Redis 会用一个 RedisObject 结构体来统一记录这些元数据，同时指向实际数据。

对于二值状态场景，我们就可以利用 Bitmap 来实现。比如登陆状态我们用一个 bit 位表示，一亿个用户也只占用 一亿 个 bit 位内存 ≈ （100000000 / 8/ 1024/1024）12 MB。

大概的空间占用计算公式是：($offset/8/1024/1024) MB

❝什么是 Bitmap 呢？

Bitmap 的底层数据结构用的是 String 类型的 SDS 数据结构来保存位数组，Redis 把每个字节数组的 8 个 bit 位利用起来，每个 bit 位 表示一个元素的二值状态（不是 0 就是 1）。

可以将 Bitmap 看成是一个 bit 为单位的数组，数组的每个单元只能存储 0 或者 1，数组的下标在 Bitmap 中叫做 offset 偏移量。

为了直观展示，我们可以理解成 buf 数组的每个字节用一行表示，每一行有 8 个 bit 位，8 个格子分别表示这个字节中的 8 个 bit 位，如下图所示：

Bitmap

8 个 bit 组成一个 Byte，所以 Bitmap 会极大地节省存储空间。

这就是 Bitmap 的优势。

判断用户登录态

❝怎么用 Bitmap 来判断海量用户中某个用户是否在线呢？

Bitmap 提供了GETBIT、SETBIT操作，通过一个偏移值 offset 对 bit 数组的 offset 位置的 bit 位进行读写操作，需要注意的是 offset 从 0 开始。

只需要一个 key = login_status 表示存储用户登陆状态集合数据， 将用户 ID 作为 offset，在线就设置为 1，下线设置 0。通过 GETBIT 判断对应的用户是否在线。5000 万 用户只需要 6 MB 的空间。

SETBIT 命令

SETBIT <key> <offset> <value>

设置或者清空 key 的 value 在 offset 处的 bit 值（只能是 0 或者 1）。

GETBIT 命令

GETBIT <key> <offset>

获取 key 的 value 在 offset 处的 bit 位的值，当 key 不存在时，返回 0。

假如我们要判断 ID = 10086 的用户的登录情况：

第一步，执行以下指令，表示用户已登录。

SETBIT login_status 10086 1

第二步，检查该用户是否登录，返回值 1 表示已登录。

GETBIT login_status 10086

第三步，登出，将 offset 对应的 value 设置成 0。

SETBIT login_status 10086 0

要统计当前登录的用户总数，可以使用BITCOUNT命令：

BITCOUNT login_status

示例

# 设置多个用户的登录状态   
SETBIT login_status 10086 1   # 用户10086登录   
SETBIT login_status 10087 1   # 用户10087登录   
SETBIT login_status 10088 0   # 用户10088未登录   
SETBIT login_status 10089 1   # 用户10089登录   
# 统计在线用户数   
BITCOUNT login_status   
# 返回值: 3 (表示有3个用户在线)

# 统计指定字节范围内的在线用户数   
# start和end表示字节索引，而不是用户ID   
BITCOUNT login_status 0 1  # 统计前16个用户的在线情况(2个字节)