Redis计数器最大值有限（redis计数器限定数量）

Redis计数器：最大值有限！

Redis 是一款高性能的内存数据存储系统，其灵活的数据结构可以实现各种应用场景。其中，计数器是一种十分常见的需求，比如统计文章浏览量，购买数量等。然而，需要注意的是，Redis 默认提供的计数器是有最大值限制的。

Redis 的计数器使用的命令是 INCR，它的功能是将一个 key 中存储的值加一，若该 key 不存在，则先将其值初始化为 0 后再加一。示例代码如下：

import redis
redis_client = redis.Redis(host='localhost', port=6379)

redis_client.set('counter', 0)

redis_client.incr('counter')

以上代码将 Redis 中名为 counter 的 key 的值加一。如果执行次数过多，会发现 Redis 的计数器是有上限限制的，可通过以下代码探究这个上限：

import redis
redis_client = redis.Redis(host='localhost', port=6379)

redis_client.set('counter', 0)

for i in range(100000000):
    redis_client.incr('counter')
print(redis_client.get('counter'))

上面这段代码递增 Redis 中的 counter 的值一亿次，运行时间大约为几分钟。最后通过 get 命令获取计数器的值，很快就会发现，Redis 的计数器只能支持到 2^64，即 18446744073709551616。如果继续递增，将会得到负数。

为什么会出现这个限制呢？原因是 Redis 中的计数器是基于 String 数据类型的，在 Redis 里，一个 String 的长度不能超过 512MB 的限制。而 2^64 的十进制表示长度就已经达到了 20 个字节，而 Redis 使用的是字符串表示法，需要额外的 2 个字节存储长度信息，所以最大长度为 512MB，因此就无法超过 2^64 的长度。

如何实现无限制计数器呢？一种可行方案是使用 Redis 提供的 RedisBitmap 实现。RedisBitmap 是 Redis 提供的按位存储数据结构，适用于逐位标记等场景。示例代码如下：

import redis
redis_client = redis.Redis(host='localhost', port=6379)

def set_bit(key, offset, value):
    """
    将 RedisBitmap 中的某一位设置为 1 或 0 。其中 key 是 RedisBitmap 的名称，
    offset 表示待修改的二进制位的位置，value 是设置的值。
    """
    pipe = redis_client.pipeline()
    pipe.multi()
    pipe.setbit(key, offset, value)
    pipe.execute()

def get_bit(key, offset):
    """
    获取 RedisBitmap 中指定位置的二进制位的值。其中 key 是 RedisBitmap 的名称，
    offset 表示待获取的二进制位的位置。
    """
    return redis_client.getbit(key, offset)
def reset_counter(key):
    """
    将 RedisBitmap 中全部二进制位清零。
    """
    redis_client.delete(key)
    redis_client.setbit(key, 0, 0)
def incr_counter(key):
    """
    将 RedisBitmap 中的计数器值加 1。
    """
    while True:
        val = redis_client.get(key)
        if not val:
            reset_counter(key)
            continue

        # 将二进制转换为整数并加一
        num = int(val, 2)
        num += 1

        # 判断二进制位数是否达到极限，如果是则重置计数器
        if num.bit_length() > 512 * 1024 * 1024 * 8 - 1:
            reset_counter(key)
            continue
        # 将整数转换为二进制字符串，并添加到 Redis 中
        bin_str = bin(num)[2:]
        redis_client.set(key, bin_str)
        break
reset_counter('counter')

for i in range(100000000):
    incr_counter('counter')
print(int(redis_client.get('counter'), 2))

通过 RedisBitmap 的逐位存储和自定义计数器递增算法，实现了一个无限制计数器。以上示例代码，只要内存足够大，计数器就可以无限递增了。