Redis 位图实现签到之长时间未签到预警

#目前通行系统项目中有一个新需求【通过对通行记录数据定时分析，查询出长时间没有刷卡/刷脸通行的学生】

#一看到通行签到相关，就想到了redis的位图，理由也有很多帖子说明了，最大优点占用空间小。

一.redis命令行

SETBIT：设置指定偏移量上的位值。语法：SETBIT <key> <offset> <value>

使用中key可以为 xxx前缀 + ：+ 用户编号 + ：+ yyyyMM 的格式，设置该人员在该月的签到情况。

当执行以下语句获得一个字符时

假如为2024年10月2号，则执行setbit sign:001:202410 1 1 。偏移量为 1 。

获取当前key的值为 @

使用字符串二进制转换得知，二进制为 0100000 ，八位数字，第二位为 1 ，代表2号签到过。

GETBIT：获取指定偏移量上的位值。语法：GETBIT <key> <offset>

BITCOUNT：统计指定键的位中设置为1的位数。语法：BITCOUNT <key>

BITPOS：找到第一个设置为1的位。语法：BITPOS <key> <offset>

也可以使用get / set 直接对整个位图进行设置。

二.代码实现

1.设置指定key的位图

在项目中，使用中key可以为 xxx前缀 + ：+ 用户编号 + ：+ yyyyMM 的格式，设置该人员在该月的签到情况。

redisTemplate.opsForValue().setBit(key, offset, value);

参数说明：

key：要操作的 Redis 键。
offset：要设置的位的偏移量（0-based index），即从零开始的位位置。
value：要设置的布尔值，true 表示设置为 1，false 表示设置为 0。

redisTemplate.opsForValue().setBit("sign:3123000901:202411" , 11 ,true);

2.获取查询时间段内的所有月份（后续用到）

/**
     * 统计时间段内的所有月份
     * @param startDate 开始时间，格式为yyyy-MM-dd
     * @param endDate 结束时间，格式为yyyy-MM-dd
     * @return 包含所有月份的列表，格式为yyyyMM
     */
    public static List<String> getMonthsInRange(String startDate, String endDate) {
        // 定义日期格式化器
        DateTimeFormatter dateFormatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd");
        DateTimeFormatter monthFormatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyyMM");

        // 解析开始和结束日期
        LocalDate start = LocalDate.parse(startDate, dateFormatter);
        LocalDate end = LocalDate.parse(endDate, dateFormatter);

        // 保存所有月份的列表
        List<String> months = new ArrayList<>();

        // 逐月增加，直到超过结束日期
        LocalDate current = start.withDayOfMonth(1); // 从当月第一天开始
        while (!current.isAfter(end)) {
            months.add(current.format(monthFormatter));
            current = current.plusMonths(1); // 增加一个月
        }

        return months;
    }

3.已知获取位图时是byte[] ,将 byte[] 转换为二进制字符串（后续用到）

/**
     * 将 byte[] 转换为二进制字符串
     * @param bytes 字节数组
     * @return 二进制字符串
     */
    public static String byteArrayToBinaryString(byte[] bytes) {
        StringBuilder binaryString = new StringBuilder();
        for (byte b : bytes) {
            // 将每个字节转换为二进制字符串，并补齐为8位
            String binary = String.format("%8s", Integer.toBinaryString(b & 0xFF)).replace(' ', '0');
            binaryString.append(binary);
        }
        return binaryString.toString();
    }

4.将字符串按0补齐到指定长度,补齐到该月份的天数（后续用到）

/**
     * 将字符串按0补齐到指定长度
     * @param input 原始字符串
     * @param length 目标长度
     * @return 补齐后的字符串
     */
    public static String padStringWithZeros(String input, int length) {
        StringBuilder paddedString = new StringBuilder(input);
        while (paddedString.length() < length) {
            paddedString.append("0");
        }
        return paddedString.toString();
    }

5.计算最长连续未通行天数，按1切割（后续用到）

/**
     * 计算最长连续未通行天数
     * @param bitmap 通行记录的位图值
     * @return 最长连续的0序列长度
     */
    public static int longestZeroSequence(String bitmap) {
        // 分割字符串并找出最长的连续零序列
        String[] zeroSequences = bitmap.split("1");
        int longestZeroLength = 0;
        for (String seq : zeroSequences) {
            longestZeroLength = Math.max(longestZeroLength, seq.length());
        }
        return longestZeroLength;
    }

6.具体实现代码

public List<DevPassRecord> passWarning(DevQueryParam param) {
        //计算时间段
        List<String> months = getMonthsInRange(param.getStartTime(), param.getEndTime());
        //获取该辅导员下所有学生id 例 3123000067    sql语句查询
        List<String> list = Arrays.asList("3123000067" , "3123000901");

        Integer a = Integer.valueOf(param.getStartTime().substring(8, 10));
        // 使用 DateTimeFormatter 解析 yyyy-MM-dd 格式
        DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd");
        YearMonth yearMonth = YearMonth.parse(param.getEndTime(), formatter);
        // 返回该月份的天数
        int i1 = yearMonth.lengthOfMonth();
        //获取查询时间段中开始时间的天数（后续用到）
        Integer b = i1 - Integer.valueOf(param.getEndTime().substring(8, 10));

        StringBuilder ids = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < list.size(); i++){
            //该用户时间段内，通行记录字符串
            String dayStr = "";
            for (String m : months) {
                //查询redis中该key的位图
                String key = "sign:" + list.get(i) + ":" + m;
                byte[] bitmapBytes = redisTemplate.getConnectionFactory().getConnection().get(key.getBytes());
                int daysInMonth = getDaysInMonth(m);
                if(Objects.equals(bitmapBytes , null)) {
                    StringBuilder sb = new StringBuilder(daysInMonth);
                    for (int j = 0; j < daysInMonth; j++) {
                        sb.append('0');
                    }
                    dayStr = dayStr + sb;
                }else {
                    String s = byteArrayToBinaryString(bitmapBytes);
                    String s1 = padStringWithZeros(s, daysInMonth);
                    dayStr = dayStr + s1;
                }

            }

            //总长度 减去 开始月份未统计的天数 减去  结束时间未统计的天数 为最终统计情况。
            dayStr = dayStr.substring(a-1, dayStr.length() - b);
            System.out.println("总---" + dayStr);
            int num = longestZeroSequence(dayStr);
            System.out.println("最长天数---" + num);
            if(num >= param.getDays()){
                //大于参数天数的人员id，则视为长时间未通行，需要预警
                ids.append(list.get(i)).append(",");
            }
        }
        System.out.println("------>" + ids);

        return null;
    }