Redis入门 - 数据类型：3种特殊类型
Redis除了上文中5种基础数据类型，还有三种特殊的数据类型，分别是 HyperLogLogs（基数统计）， Bitmaps (位图) 和 geospatial （地理位置）。。
一、geospatial
1. 概述介绍
Redis 在 3.2 版本中加入了地理空间（geospatial）以及索引半径查询的功能，主要用在需要地理位置的应用上。将指定的地理空间位置（经度、纬度、名称）添加到指定的 key 中，这些数据将会存储到 sorted set。这样的目的是为了方便使用 GEORADIUS 或者 GEORADIUSBYMEMBER 命令对数据进行半径查询等操作。也就是说，推算地理位置的信息，两地之间的距离，周围方圆的人等等场景都可以用它实现。
这个功能可以推算地理位置的信息: 两地之间的距离，方圆几里的人，比如朋友的定位，附近的人，打车距离实现。
所有的geospatial命令都是geo开头的。
2. 相关命令
1. geoadd
添加地理位置
127.0.0.1:6379> geoadd china:city 118.76 32.04 manjing 112.55 37.86 taiyuan 123.43 41.80 shenyang
(integer) 3
127.0.0.1:6379> geoadd china:city 144.05 22.52 shengzhen 120.16 30.24 hangzhou 108.96 34.26 xian
(integer) 3
使用geoadd规则
- 地球的两极无法直接添加, 我们一般会下载城市数据, 通过java程序一次性导入；
- 参数key经度(longitude) 纬度(latitude) 名称。
2. geopos
获取指定的成员的经度和纬度
127.0.0.1:6379> geopos china:city taiyuan manjing
1) 1) "112.54999905824661255"
2) "37.86000073876942196"
2) 1) "118.75999957323074341"
2) "32.03999960287850968"
获得当前定位, 一定是一个坐标值!
3. geodist
如果不存在，返回空。 单位如下：
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。
127.0.0.1:6379> geodist china:city taiyuan shenyang m
"1026439.1070"
127.0.0.1:6379> geodist china:city taiyuan shenyang km
"1026.4391"
4. georadius
附近的人 ==> 获得所有附近的人的地址，定位，通过半径来查询。
获得指定数量的人
127.0.0.1:6379> georadius china:city 110 30 1000 km 以 100,30 这个坐标为中心, 寻找半径为1000km的城市
1) "xian"
2) "hangzhou"
3) "manjing"
4) "taiyuan"
127.0.0.1:6379> georadius china:city 110 30 500 km
1) "xian"
127.0.0.1:6379> georadius china:city 110 30 500 km withdist
1) 1) "xian"
2) "483.8340"
127.0.0.1:6379> georadius china:city 110 30 1000 km withcoord withdist count 2
1) 1) "xian"
2) "483.8340"
3) 1) "108.96000176668167114"
2) "34.25999964418929977"
2) 1) "manjing"
2) "864.9816"
3) 1) "118.75999957323074341"
2) "32.03999960287850968"
参数 key 经度 纬度 半径 单位 [显示结果的经度和纬度] [显示结果的距离] [显示的结果的数量]
5. georadiusbymember
显示与指定成员一定半径范围内的其他成员
127.0.0.1:6379> georadiusbymember china:city taiyuan 1000 km
1) "manjing"
2) "taiyuan"
3) "xian"
127.0.0.1:6379> georadiusbymember china:city taiyuan 1000 km withcoord withdist count 2
1) 1) "taiyuan"
2) "0.0000"
3) 1) "112.54999905824661255"
2) "37.86000073876942196"
2) 1) "xian"
2) "514.2264"
3) 1) "108.96000176668167114"
2) "34.25999964418929977"
参数与 georadius 一样
6. geohash(较少使用)
该命令返回11个字符的hash字符串
127.0.0.1:6379> geohash china:city taiyuan shenyang
1) "ww8p3hhqmp0"
2) "wxrvb9qyxk0"
将二维的经纬度转换为一维的字符串, 如果两个字符串越接近, 则距离越近
3. 底层
geo底层的实现原理实际上就是Zset, 我们可以通过Zset命令来操作geo
127.0.0.1:6379> type china:city
zset
查看全部元素 删除指定的元素
127.0.0.1:6379> zrange china:city 0 -1 withscores
1) "xian"
2) "4040115445396757"
3) "hangzhou"
4) "4054133997236782"
5) "manjing"
6) "4066006694128997"
7) "taiyuan"
8) "4068216047500484"
9) "shenyang"
10) "4072519231994779"
11) "shengzhen"
12) "4154606886655324"
127.0.0.1:6379> zrem china:city manjing
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zrange china:city 0 -1
1) "xian"
2) "hangzhou"
3) "taiyuan"
4) "shenyang"
5) "shengzhen"
二、hyperloglog
1. 什么是基数估算？
HyperLogLog 是一种基数估算算法。所谓基数估算，就是估算在一批数据中，不重复元素的个数有多少。
从数学上来说，基数估计这个问题的详细描述是：对于一个数据流 {x1，x2，...，xs} 而言，它可能存在重复的元素，用 n 来表示这个数据流的不同元素的个数，并且这个集合可以表示为{e1，...，en}。目标是：使用 m 这个量级的存储单位，可以得到 n 的估计值，其中 m<<n 。并且估计值和实际值 n 的误差是可以控制的。
对于上面这个问题，如果是想得到精确的基数，可以使用字典（dictionary）这一个数据结构。对于新来的元素，可以查看它是否属于这个字典；如果属于这个字典，则整体计数保持不变；如果不属于这个字典，则先把这个元素添加进字典，然后把整体计数增加一。当遍历了这个数据流之后，得到的整体计数就是这个数据流的基数了。
这种算法虽然精准度很高，但是使用的空间复杂度却很高。那么是否存在一些近似的方法，可以估算出数据流的基数呢？HyperLogLog 就是这样一种算法，既可以使用较低的空间复杂度，最后估算出的结果误差又是可以接受的。
2. hyperLogLog 算法简介
HyperLogLog 算法的基本思想来自伯努利过程。
伯努利过程就是一个抛硬币实验的过程。抛一枚正常硬币，落地可能是正面，也可能是反面，二者的概率都是 1/2 。伯努利过程就是一直抛硬币，直到落地时出现正面位置，并记录下抛掷次数k。比如说，抛一次硬币就出现正面了，此时 k 为 1; 第一次抛硬币是反面，则继续抛，直到第三次才出现正面，此时 k 为 3。
那么如何通过伯努利过程来估算抛了多少次硬币呢？还是假设 1 代表抛出正面，0 代表反面。连续出现两次 0 的序列应该为“001”，那么它出现的概率应该是三个二分之一相乘，即八分之一。那么可以估计大概抛了 8 次硬币。
HyperLogLog 原理思路是通过给定 n 个的元素集合，记录集合中数字的比特串第一个1出现位置的最大值k，也可以理解为统计二进制低位连续为零（前导零）的最大个数。通过k值可以估算集合中不重复元素的数量m，m近似等于 2^k。
如上图所示，给定一定数量的用户，通过 Hash 算法得到一串Bitstring，记录其中最大连续零位的计数为 4，User 的不重复个数为 2 ^ 4 = 16。
分桶优化
HyperLogLog的基本思想是利用集合中数字的比特串第一个1出现位置的最大值来预估整体基数，但是这种预估方法存在较大误差，为了改善误差情况，HyperLogLog中引入分桶平均的概念，计算 m 个桶的调和平均值。下面公式中的const是一个修正常量。
Redis中HyperLogLog一共分了2^14个桶，也就是16384个桶。每个桶中是一个6 bit 的数组，如下图所示。
HyperLogLog将上文所说的64位比特串的低14位单独拿出，它的值就对应桶的序号，然后将剩下 50 位中第一次出现 1 的位置值设置到桶中。50位中出现1的位置值最大为50，所以每个桶中的 6 位数组正好可以表示该值。
在设置前，要设置进桶的值是否大于桶中的旧值，如果大于才进行设置，否则不进行设置。示例如下图所示。
在计算近似基数时，就分别计算每个桶中的值，带入到上文将的 DV 公式中，进行调和平均和结果修正，就能得到估算的基数值。
3. 测试使用
127.0.0.1:6379> pfadd mykey a b c d e f g h i j
(integer) 1
127.0.0.1:6379> pfcount mykey
(integer) 10
127.0.0.1:6379> pfadd mykey2 i j z x c v b n m
(integer) 1
127.0.0.1:6379> pfcount mykey2
(integer) 9
127.0.0.1:6379> pfmerge mykey3 mykey mykey2
OK
127.0.0.1:6379> pfcount mykey3
(integer) 15
- pfadd 创建一组元素
- pfcount 统计元素中的基数数量
- pfmerge 合并两组，参数为pfmerge并集，来源... 会去掉相同的元素。
三、bitmaps
1. 简介
位存储, one hot编码
统计用户信息, 活跃, 不活跃! 登录, 未登录! 打卡, 365打卡!
只有两个状态的, 都可以使用bitmaps!
Bitmaps 位图, 数据结构, 都是操作二进制位来进行记录, 只有 0 和 1 两个状态
例如：365天 = 365 bit 1字节 = 8 bit ==> 只需要 46 个字节左右就可以存储用户的一年打卡的信息了!
2. 测试
使用bitmap来记录周一至周日的打卡，比如周一: 1 周二: 0 ...，判断有几天值是1就可以了。
127.0.0.1:6379> setbit sign 0 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit sign 1 0
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit sign 2 0
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit sign 3 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit sign 4 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit sign 5 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit sign 6 0
(integer) 0
setbit key offset value，其中value参数只能为0和1，offset从0开始。
查看某一天是否有打卡
getbit key value
127.0.0.1:6379> getbit sign 5
(integer) 1
同级操作，统计打卡的天数( 1的个数 )
bitcount key
127.0.0.1:6379> bitcount sign
(integer) 4