如何用Redis高效实现点赞功能？用Set？还是Bitmap？

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还记得当时在大学里面自主创业和朋友一起去电脑城开店的事情，当时技术很菜，重装系统都搞不熟练，更别提遇到硬盘诊断的问题了，更加搞不定……要是当时能够看到这篇文章，是不是又有不一样的故事呢？哈哈！

在众多软件应用中，点赞功能几乎成了所有应用中的“标配”。但实现一个高效的点赞功能并不简单，尤其是在面对大规模的用户量和高并发场景时。

今天，我们就从实际需求出发，探索如何利用 Redis 的数据结构来设计一个点赞系统，从而理解 Set 和 Bitmap 数据结构的优缺点。

需求分析

我们设定这样一个需求场景：在一篇文章的评论下实现点赞功能，每位用户只能对同一条评论点赞一次，再次点赞则视为“取消点赞”。此外，我们还需要统计每条评论的总点赞数。

这听上去不复杂，但当需求量级提升，比如用户量达到千万级别，系统会需要承担巨大的数据存储和高频的读写压力。为了满足高性能和低延迟的需求，我们可以选择 Redis 来管理点赞数据。

方案一：使用 Redis 的 Set 数据结构

首先考虑使用 Redis 的 Set 数据结构。Set 非常适合存储一组不重复的元素，因此可以用来记录每条评论下点赞的用户 ID。方案设计如下：

1. 存储设计：每条评论的点赞数据可以存储为一个 Redis Set，键格式为 comment:likes:{comment_id}，其中 {comment_id} 是评论的唯一标识。
2. 点赞操作：当用户点赞时，将用户 ID 添加到该评论对应的 Set 中。
3. 取消点赞：如果用户再次点击，则从 Set 中移除用户 ID。
4. 统计总点赞数：直接获取 Set 的元素数量，即为当前评论的点赞总数。
5. 检查用户是否点赞过：可以通过 SISMEMBER 指令快速检查某个用户 ID 是否存在于该评论的点赞 Set 中。

Set 方案的代码实现

以下是 PHP 实现点赞、取消点赞和统计点赞数的代码示例：

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

    // 生成唯一键
    $likeSetKey = "comment:likes:{$commentId}";

    // 判断用户是否已点赞
    if ($redis->sIsMember($likeSetKey, $userId)) {
        // 已点赞，取消点赞
        $redis->sRem($likeSetKey, $userId);
        $liked = false;
    } else {
        // 未点赞，添加点赞
        $redis->sAdd($likeSetKey, $userId);
        $liked = true;
    }

    // 获取当前总点赞数
    $totalLikes = $redis->sCard($likeSetKey);

    // 返回点赞状态
    return [
        'status' => 'success',
        'liked' => $liked,
        'totalLikes' => $totalLikes
    ];
}

使用 Set 方案的优缺点

优点：

• 灵活性高：支持不连续的用户 ID，适合大多数应用场景。
• 操作简单：Redis 原生支持集合操作，查询、添加、删除等操作性能较高。

缺点：

• 存储空间较大：Set 中每个用户 ID 都会占用存储空间，随着点赞用户增多，Set 的存储开销也会增长。

方案二：使用 Redis 的 Bitmap 数据结构

如果用户 ID 是连续的，比如从 0 开始顺序增长，那么可以使用 Redis 的 Bitmap 数据结构来进一步提升存储效率。Bitmap 以每个用户的 ID 作为位（bit）位置，只需 1 位就可以表示每个用户的点赞状态，大大节省存储空间。

1. 存储设计：每条评论的点赞数据可以存储为一个 Bitmap，键的格式为 comment:likes:{comment_id}。
2. 点赞操作：使用 SETBIT 将用户的位设置为 1。
3. 取消点赞：再次点击则用 SETBIT 将该位设置为 0。
4. 统计总点赞数：通过 BITCOUNT 指令统计 Bitmap 中位为 1 的数量，即为点赞总数。
5. 检查用户是否点赞过：可以用 GETBIT 查询指定用户的点赞状态。

Bitmap 方案的代码实现

以下是使用 Bitmap 实现的 PHP 代码示例：

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

    // 生成唯一键
    $likeBitmapKey = "comment:likes:{$commentId}";

    // 获取用户当前的点赞状态
    $isLiked = $redis->getBit($likeBitmapKey, $userId);

    if ($isLiked) {
        // 已点赞，取消点赞
        $redis->setBit($likeBitmapKey, $userId, 0);
        $liked = false;
    } else {
        // 未点赞，设置为点赞
        $redis->setBit($likeBitmapKey, $userId, 1);
        $liked = true;
    }

    // 获取当前点赞总数
    $totalLikes = $redis->bitCount($likeBitmapKey);

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

使用 Bitmap 方案的优缺点

优点：

• 存储效率高：每位只占 1 bit，适合大量用户数据的二元状态存储，极大节省内存。
• 适合批量统计：通过 BITCOUNT 等命令可以快速统计点赞数量，性能极佳。

缺点：

• 用户 ID 需连续：Bitmap 适合连续的 ID（如从 0 到某个上限），对于离散的 ID 或存在大量空位的 ID，不适用。
• 操作复杂性较高：当用户 ID 离散或不连续时，使用 Bitmap 不仅不节省空间，操作复杂性也会增加。

选择合适的数据结构

总结

在实际项目中，选择合适的数据结构至关重要。对于点赞功能，如果用户 ID 是不连续的且规模不大，Set 更灵活、易于使用；而对于用户 ID 连续的大规模应用，Bitmap 则能极大提升存储和统计效率。在实际应用中，我们可以根据用户 ID 分布、存储需求和性能要求来选择最优方案。

其实 Bitmap 这种数据结构更加适合于用作用户签到、打卡等场景。