如何用Redis高效實現點贊功能？用Set？還是Bitmap？

在眾多軟體應用中，點贊功能幾乎成了所有應用中的“標配”。但實現一個高效的點贊功能並不簡單，尤其是在面對大規模的使用者量和高併發場景時。

今天，我們就從實際需求出發，探索如何利用 Redis 的數據結構來設計一個點贊系統，從而理解 Set 和 Bitmap 數據結構的優缺點。

需求分析

我們設定這樣一個需求場景：在一篇文章的評論下實現點贊功能，每位使用者只能對同一條評論點贊一次，再次點贊則視為“取消點贊”。此外，我們還需要統計每條評論的總點贊數。

這聽上去不復雜，但當需求量級提升，比如使用者量達到千萬級別，系統會需要承擔巨大的資料儲存和高頻的讀寫壓力。爲了滿足高效能和低延遲的需求，我們可以選擇 Redis 來管理點贊資料。

方案一：使用 Redis 的 Set 數據結構

首先考慮使用 Redis 的 Set 數據結構。Set 非常適合儲存一組不重複的元素，因此可以用來記錄每條評論下點讚的使用者 ID。方案設計如下：

1. 儲存設計：每條評論的點贊資料可以儲存為一個 Redis Set，鍵格式為 comment:likes:{comment_id}，其中 {comment_id} 是評論的唯一標識。

2. 點贊操作：當用戶點贊時，將使用者 ID 新增到該評論對應的 Set 中。

3. 取消點贊：如果使用者再次點選，則從 Set 中移除使用者 ID。

4. 統計總點贊數：直接獲取 Set 的元素數量，即為當前評論的點贊總數。

5. 檢查使用者是否點贊過：可以透過 SISMEMBER 指令快速檢查某個使用者 ID 是否存在於該評論的點贊 Set 中。

Set 方案的程式碼實現

以下是 PHP 實現點贊、取消點贊和統計點贊數的程式碼示例：

// 點贊介面
function likeComment($userId, $commentId) {
    $redis = new Redis();
    $redis->connect('127.0.0.1', 6379);

    // 生成唯一鍵
    $likeSetKey = "comment:likes:{$commentId}";

    // 判斷使用者是否已點贊
    if ($redis->sIsMember($likeSetKey, $userId)) {
        // 已點贊，取消點贊
        $redis->sRem($likeSetKey, $userId);
        $liked = false;
    } else {
        // 未點贊，新增點贊
        $redis->sAdd($likeSetKey, $userId);
        $liked = true;
    }

    // 獲取當前總點贊數
    $totalLikes = $redis->sCard($likeSetKey);

    // 返回點贊狀態
    return [
        'status' => 'success',
        'liked' => $liked,
        'totalLikes' => $totalLikes
    ];
}

使用 Set 方案的優缺點

優點：

• 靈活性高：支援不連續的使用者 ID，適合大多數應用場景。

• 操作簡單：Redis 原生支援集合操作，查詢、新增、刪除等操作效能較高。

缺點：

• 儲存空間較大：Set 中每個使用者 ID 都會佔用儲存空間，隨著點贊使用者增多，Set 的儲存開銷也會增長。

方案二：使用 Redis 的 Bitmap 數據結構

如果使用者 ID 是連續的，比如從 0 開始順序增長，那麼可以使用 Redis 的 Bitmap 數據結構來進一步提升儲存效率。Bitmap 以每個使用者的 ID 作為位（bit）位置，只需 1 位就可以表示每個使用者的點贊狀態，大大節省儲存空間。

1. 儲存設計：每條評論的點贊資料可以儲存為一個 Bitmap，鍵的格式為 comment:likes:{comment_id}。

2. 點贊操作：使用 SETBIT 將使用者的位設定為 1。

3. 取消點贊：再次點選則用 SETBIT 將該位設定為 0。

4. 統計總點贊數：透過 BITCOUNT 指令統計 Bitmap 中位為 1 的數量，即為點贊總數。

5. 檢查使用者是否點贊過：可以用 GETBIT 查詢指定使用者的點贊狀態。

Bitmap 方案的程式碼實現

以下是使用 Bitmap 實現的 PHP 程式碼示例：

function likeComment($userId, $commentId) {
    $redis = new Redis();
    $redis->connect('127.0.0.1', 6379);

    // 生成唯一鍵
    $likeBitmapKey = "comment:likes:{$commentId}";

    // 獲取使用者當前的點贊狀態
    $isLiked = $redis->getBit($likeBitmapKey, $userId);

    if ($isLiked) {
        // 已點贊，取消點贊
        $redis->setBit($likeBitmapKey, $userId, 0);
        $liked = false;
    } else {
        // 未點贊，設定為點贊
        $redis->setBit($likeBitmapKey, $userId, 1);
        $liked = true;
    }

    // 獲取當前點贊總數
    $totalLikes = $redis->bitCount($likeBitmapKey);

    return [
        'status' => 'success',
        'liked' => $liked,
        'totalLikes' => $totalLikes
    ];
}

使用 Bitmap 方案的優缺點

優點：

• 儲存效率高：每位只佔 1 bit，適合大量用戶數據的二元狀態儲存，極大節省記憶體。

• 適合批次統計：透過 BITCOUNT 等命令可以快速統計點贊數量，效能極佳。

缺點：

• 使用者 ID 需連續：Bitmap 適合連續的 ID（如從 0 到某個上限），對於離散的 ID 或存在大量空位的 ID，不適用。

• 操作複雜性較高：當用戶 ID 離散或不連續時，使用 Bitmap 不僅不節省空間，操作複雜性也會增加。

選擇合適的數據結構

總結

在實際專案中，選擇合適的數據結構至關重要。對於點贊功能，如果使用者 ID 是不連續的且規模不大，Set 更靈活、易於使用；而對於使用者 ID 連續的大規模應用，Bitmap 則能極大提升儲存和統計效率。在實際應用中，我們可以根據使用者 ID 分佈、儲存需求和效能要求來選擇最優方案。

其實 Bitmap 這種數據結構更加適合於用作使用者簽到、打卡等場景。

作者：左詩右碼
連結：https://juejin.cn/post/7435894119103905801