[Redis] String / Bitmap / Bitfield: 가장 기본 + 가장 강력

정의

Redis String 은 binary-safe 한 바이트 열. 최대 512 MB. 문자열만이 아니라 정수, 부동소수, 직렬화된 객체, 비트맵 (Bitmap), 패킹된 정수 (Bitfield), 심지어 작은 이미지 까지 같은 자료형 하나에 담는다.

내부적으로 SDS (Simple Dynamic String): 길이 + alloc + flags + 본문 구조. strlen() 이 O(1), append 가 amortized O(1).

핵심 명령 (요약)

사용 패턴

1. 카운터 (가장 흔함)

원자적 증가가 Redis 의 가장 큰 셀링 포인트. single-thread event loop 덕에 경쟁 없이 atomic.

INCR pageviews:home
INCR pageviews:home
INCRBY pageviews:home 5
GET pageviews:home
EXPIRE pageviews:home 86400
TTL pageviews:home

(integer) 1
(integer) 2
(integer) 7
"7"
(integer) 1
(integer) 86399

2. 캐시 (TTL + GET/SET)

SET user:42 '{"name":"koa","tier":"pro"}' EX 600
GET user:42
GETEX user:42 EX 60      # 가져오면서 TTL 갱신 (touch)
GETDEL user:42           # 가져오면서 삭제 (once-token 패턴)

3. 분산 락 토큰 (SET NX EX)

자세한 건 Redis Distributed Lock 참고. 핵심은 한 명령으로 NX + EX 동시.

SET lock:order:42 uuid-abc NX PX 30000

4. 객체 저장 (JSON / msgpack 직렬화)

Hash 와의 결정점:

Bitmap: String 의 강력한 두번째 얼굴

String 의 각 비트 를 0/1 로 다룬다. 플래그 / 활성 사용자 / 출석 같은 대규모 boolean 집합 의 메모리 최적 표현.

SETBIT user:active:2026-06-25 42 1     # 42번 사용자 활성
SETBIT user:active:2026-06-25 99 1
GETBIT user:active:2026-06-25 42       # 1
GETBIT user:active:2026-06-25 50       # 0

BITCOUNT user:active:2026-06-25        # 활성 수
BITPOS user:active:2026-06-25 1        # 첫 활성 위치

Bitmap 시각화

위 애니메이션은 BITCOUNT/BITOP 류 명령이 바이트 단위 OR/POPCOUNT 로 순회 하는 직관을 보여준다.

다중 비트맵 OR/AND

# 6/24 와 6/25 *둘 다* 활성인 사용자
BITOP AND user:active:both \
  user:active:2026-06-24 user:active:2026-06-25

# 7일 중 한 번이라도 활성
BITOP OR user:active:week \
  user:active:2026-06-19 user:active:2026-06-20 \
  user:active:2026-06-21 user:active:2026-06-22 \
  user:active:2026-06-23 user:active:2026-06-24 \
  user:active:2026-06-25

BITCOUNT user:active:week              # 7일 unique active

메모리 비용 비교 (1억 사용자)

Bitmap 은 1억 비트 = 12.5 MB. 사용자 ID 가 조밀 한 경우 압도적. ID 가 sparse (예: UUID) 면 Redis HyperLogLog Geo 의 HLL 로.

출석 체크 패턴

flowchart LR
    U[사용자 42<br/>오늘 로그인] -->|SETBIT user:42:2026-06 24 1| K[(user:42:2026-06)]
    K -->|BITCOUNT| C[이번 달 출석 일수]
    K -->|BITPOS 1| F[처음 출석한 날]
    K -->|BITOP AND ...:2026-05| G[연속 출석 마스크]

def mark_attendance(uid: int, year: int, month: int, day: int, r):
    key = f"user:{uid}:{year:04d}-{month:02d}"
    r.setbit(key, day - 1, 1)
    r.expire(key, 86400 * 60)   # 두 달 보관

def attendance_count(uid, year, month, r):
    return r.bitcount(f"user:{uid}:{year:04d}-{month:02d}")

Bitfield: 정수 패킹

BITFIELD 는 하나의 String 안에서 여러 비트 폭의 정수 를 동시에 조작. 세분화된 게임 통계 같은 작은 정수 묶음 에 유용.

# 8비트 unsigned 두 개를 한 자리에
BITFIELD mystats SET u8 #0 80 SET u8 #1 200
BITFIELD mystats GET u8 #0 GET u8 #1
# → 80, 200

# 16비트 signed 카운터 atomic 증가
BITFIELD counters INCRBY i16 #0 5
BITFIELD counters INCRBY i16 #0 5
BITFIELD counters GET i16 #0
# → 10

# OVERFLOW 정책
BITFIELD counters OVERFLOW WRAP INCRBY i8 #0 200    # 8-bit 범위 wrap
BITFIELD counters OVERFLOW SAT INCRBY i8 #0 200     # max 에서 saturate
BITFIELD counters OVERFLOW FAIL INCRBY i8 #0 200    # 넘으면 nil

인코딩 (내부)

Redis 는 값의 크기/형태 에 따라 자동 인코딩:

SET counter 42
OBJECT ENCODING counter
# "int"

SET name "Alice"
OBJECT ENCODING name
# "embstr"

SET payload "$(head -c 100 /dev/urandom | base64)"
OBJECT ENCODING payload
# "raw"

흔한 함정

김신건의 현장 메모

• 분 단위 카운터 (광고 노출 같은) 는 INCR key:2026062512 + EXPIRE 86400 패턴이 디스크 부담 0 으로 분 단위 집계. 분 → 시간 → 일 로 백그라운드 aggregator 가 옮긴다.
• Bitmap 출석 체크 는 hera-webapp 의 학생 출석 통계 에 최적의 메모리 / 속도 조합. 1 학기 = 1 키, 과목 출석 누적 도 BITOP AND.
• Bitfield 의 OVERFLOW SAT 는 게임 통계 의 max 값 캡 을 DB 트리거 없이 처리. Sat-counter 라는 반도체 분야 패턴 의 응용.
• String + JSON 으로 작은 객체 저장 이 Hash 보다 빠른 경우가 의외로 많다. 부분 갱신 이 드물면 String + JSON 이 심플 + 빠름.

관련 위키

• Redis (라이센스 / 신 기능 인덱스)
• Redis Hashes (객체 저장의 대안)
• Redis Sorted Sets (정렬 카운터)
• Redis HyperLogLog Geo (sparse ID 의 cardinality)
• Redis Cache Patterns (캐시로서의 String)

참고

• 공식: Strings, Bitmaps, Bitfields
• SDS: github.com/antirez/sds