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用一张表来存储数据状态,并且可以进行多状态精确查询;使用二进制来表示数据状态,并且是可以无顺序的状态;解决使用中间表来存储数据的多状态;数据状态还可以这么玩;

程序员文章站 2022-05-04 11:04:24
使用二进制的方式来表示数据状态(支持无顺序状态) [toc] 1. 背景介绍 我将分享一个案例,引发思考。该方案拥有多种解决方案,所以各有优势,也各有缺点,读者自行思考,自行选择解决方案,我主要想给大家分享 “使用二进制的方式表示数据状态” 这一类解决方案。下面,我将提出一个案例,大家可以想一下可以 ......

使用二进制的方式来表示数据状态(支持无顺序状态)

目录

1. 背景介绍

我将分享一个案例,引发思考。该方案拥有多种解决方案,所以各有优势,也各有缺点,读者自行思考,自行选择解决方案,我主要想给大家分享 “使用二进制的方式表示数据状态” 这一类解决方案。下面,我将提出一个案例,大家可以想一下可以用何种方式来解决这个问题。

2. 通过一个案例引发思考

我们在大学实习的时候,肯定是需要签订《三方协议》的,该协议涉及三方,即:“学校”、“自己”、“实习公司”,我们将这三方假设为三个用户。
用一张表来存储数据状态,并且可以进行多状态精确查询;使用二进制来表示数据状态,并且是可以无顺序的状态;解决使用中间表来存储数据的多状态;数据状态还可以这么玩;
我们在签订三方协议的时候,是没有签订顺序的,谁都可以先盖章签字。那么,在这种背景下,我们可以如何设计我们的系统,来表示这种无顺序的状态呢?

2.1 当签章有顺序时,我们是如何设计的?

如果《三方协议》的签订是有顺序的,假设顺序为 “自己” --> “实习公司” --> “学校”。那么我们会如何设计?
其实,一张表即可完成设计

contract_id sign_status
1 0

contract_id :三方协议合同id
sign_status :合同签订状态:0-未签订、1-学生已签订、2-实习公司已签订、3-学校已签订

当状态为 3 的时候,即可认定为该合同已签订完毕。这就是有顺序的设计方式。

但是我们生活中的签订,却是无顺序的。

2.2 当签章顺序无法控制时,我们是如何设计的?

由于我们无法控制谁先签,谁后签,所以原本的设计方案就不可行了。
使用二进制表示状态,是什么意思?

我们有 3 个用户,对应二进制 000 ,若有一方签订了,则将属于他的那个 0 设置为 1 ,即可表示该用户已签订。假设二进制的 3 个 0 ,从左到右分别对应:学校、实习公司、学生。此时的二进制状态为 000 ,数据库存储的十进制状态为 0 ,代表未签订状态。

contract_id sign_status
1 0

contract_id :三方协议合同id
sign_status :合同签订状态:000-未签订、001-学生已签订、010-实习公司已签订、100-学校已签订

用一张表来存储数据状态,并且可以进行多状态精确查询;使用二进制来表示数据状态,并且是可以无顺序的状态;解决使用中间表来存储数据的多状态;数据状态还可以这么玩;

接着,假设学生第一个签章了,那么就将属于学生的那个 0 ,改为 1 ,此时的二进制状态为 001 ,对应数据库十进制状态为 1 ,代表学生已签章。如图所示:

contract_id sign_status
1 1

用一张表来存储数据状态,并且可以进行多状态精确查询;使用二进制来表示数据状态,并且是可以无顺序的状态;解决使用中间表来存储数据的多状态;数据状态还可以这么玩;
接着,学校开始签章,二进制状态变为 101 ,对应数据库存储的十进制状态为 5

contract_id sign_status
1 5

用一张表来存储数据状态,并且可以进行多状态精确查询;使用二进制来表示数据状态,并且是可以无顺序的状态;解决使用中间表来存储数据的多状态;数据状态还可以这么玩;
最后是实习公司签章:

contract_id sign_status
1 7

用一张表来存储数据状态,并且可以进行多状态精确查询;使用二进制来表示数据状态,并且是可以无顺序的状态;解决使用中间表来存储数据的多状态;数据状态还可以这么玩;
可以看出,当二进制状态为 111 ,即十进制为 7 的时候,表示《三方协议》已签章完毕。

3. 无顺序状态改变的问题解决了,那么我们如何进行搜索呢?

3.1 案例介绍

同样的,我介绍一个案例供大家思考。

我们现在有一个系统,是录入新闻信息,然后用户可以在前台根据分类查看新闻。假设前台的新闻分类有:0-全部、1-股票、2-理财、3-黄金、4-基金。我们在后台新增的新闻,他的分类可以是多选的,如 ["黄金","基金"],在这种情况下,前台用户可以在 全部、黄金、基金 这 3 个分类下面找到该新闻。

3.2 未使用二进制状态的数据库设计

一般这种情况,我们会使用一张中间表,来存储新闻类别(也可以使用字符串字段来表示,如"1,2,3,4",但是我个人认为这样做不优雅。假设,我们类别多了,我需要搜索分类id为 2 的新闻信息,如果使用 contrains('2') 关键字,请问,是否会搜索出 分类id=12 的分类信息。当然,我只是举了这一个例子,无论采用何种方法,我认为使用字符串表示状态,在进行搜索的时候都不够优雅)
用一张表来存储数据状态,并且可以进行多状态精确查询;使用二进制来表示数据状态,并且是可以无顺序的状态;解决使用中间表来存储数据的多状态;数据状态还可以这么玩;

3.3 使用二进制状态的数据库设计

如果前端嫌二进制处理麻烦,我们可以使用 null-全部、1-股票、2-理财、3-黄金、4-基金 ,来对接前端,使用二进制状态对接数据库。
我们可以参照上面《三方协议》的案例,使用二进制来表示新闻的状态

news_id type
1 7

news_id :新闻id
type:新闻类型:0001-股票、0010-理财、0100-黄金、1000-基金
当新闻即为黄金分类,又为基金分类的时候,他的二进制状态为:1100,对应十进制:12
用一张表来存储数据状态,并且可以进行多状态精确查询;使用二进制来表示数据状态,并且是可以无顺序的状态;解决使用中间表来存储数据的多状态;数据状态还可以这么玩;

1. 我们如何将前端传递的 [1,2,3,4] 对应数据库的表现形式?【★】

前端传递的参数:null-全部、1-股票、2-理财、3-黄金、4-基金
数据库保存的状态:0001-股票、0010-理财、0100-黄金、1000-基金
我们可以看出,前端传递的数字,其实就是对应数据库二进制状态从右开始数,第n个1的位置,因此,我们需要写一个工具类,使他们可以进行相互转换,即:
[1,2,3,4] ⇒ 15
7 ⇒ [1,2,3]
下面我将介绍工具类的实现原理,感兴趣的朋友可以看一看。

1.1 位偏移运算(<<)

将 [1,2,3,4] 转为 1111 即 15

如果不懂该运算的朋友,可以去网上搜一下左偏移、右偏移。我简单介绍下。

1 << 1 = 2 (0001 向左偏移1位 = 0010。对应十进制 2)
2 << 1 = 4 (0010 向左偏移1位 = 0100。对应十进制 4)
2 << 2 = 8 (0010 向左偏移2位 = 1000。对应十进制 8)
3 << 1 = 6 (0011 向左偏移1位 = 0110。对应十进制 6)

右偏移同理

1 >> 1 = 0 (0001 向右偏移1位 = 0000。对应十进制 0)
2 >> 1 = 1 (0010 向右偏移1位 = 0001。对应十进制 1)
2 >> 2 = 0 (0010 向右偏移2位 = 0000。对应十进制 0)
3 >> 1 = 1 (0011 向右偏移1位 = 0001。对应十进制 1)

我们假设想要查看3-黄金分类,那么我们就需要将 3 转换为二进制数 0100,对应十进制为 4
我们假设想要查看3-黄金 或者 4-基金的分类,那么我们就需要将 [3,4] 转换为二进制数 1100,对应十进制为 12
代码实现如下

    /**
     * 将数组里面的数字对应至二进制 1 的位置(从右开始数)
     * 如:[1,3] 代表,二进制数中,第1的和第三的位置为 1,其他位置为 0,即:0101
     * 则 [1,3] 将会被转换为十进制数字:5
     *
     * @param numberlist 数字列表
     * @return 二进制填充 1 后对应的十进制
     */
    public static int convert2binary(list<integer> numberlist) {
        int number = 0;
        for (integer cursor : numberlist) {
            if (cursor == 0)
                number += 0;

            number += 1 << (cursor - 1);
        }
        return number;
    }
1.2 按位与运算(&)来进行搜索

将 12 转为 [3,4]

将前端传递的 [1,2,3,4] 转换为对应的二进制数字后,此时我们又需要用到 &运算,不懂的朋友可以去搜一下,我简单概括下,其实就是取两个数的二进制 1 的交集,如图所示
用一张表来存储数据状态,并且可以进行多状态精确查询;使用二进制来表示数据状态,并且是可以无顺序的状态;解决使用中间表来存储数据的多状态;数据状态还可以这么玩;
该运算的算法是,将指定数 & 1,从二进制数的最右边开始,若结果为 1 ,则表示该位置有值,记录下当前的位置,该位置即是对应前端的 [1,2,3,4] 的值。如图所示:
用一张表来存储数据状态,并且可以进行多状态精确查询;使用二进制来表示数据状态,并且是可以无顺序的状态;解决使用中间表来存储数据的多状态;数据状态还可以这么玩;
此时,我们便实现了互转,代码如下:

/**
 * 获取 二进制 中,出现 1 的位置(从右开始数)
 * 如:3 对应的二进制为 : 0011
 * 则,该方法返回 [1,2]
 *
 * @param number 十进制数
 * @return 出现 1 数字的位置
 */
public static list<integer> find1cursor(int number) {
    if (number < 0)
        return new arraylist<>();

    list<integer> cursorlist = new arraylist<>();

    int cursor = 0;

    if (number == 0) {
        cursorlist.add(cursor);
        return cursorlist;
    }

    while (true) {

        if (number == 0)
            break;


        //移动坐标
        ++cursor;
        //如果低位二进制有 1 值,则将坐标保存到数组中
        if ((number & 1) == 1) {
            cursorlist.add(cursor);
        }

        number >>= 1;
    }
    return cursorlist;
}

2.工具类【★】

/**
 * 二进制转换工具
 *
 * @author chimm huang
 * @author chimmhuang@163.com
 * @date 2020/3/12
 */
public class binaryutil {

    private binaryutil() { }

    /**
     * 获取 二进制 中,出现 1 的位置(从右开始数)
     * 如:3 对应的二进制为 : 0011
     * 则,该方法返回 [1,2]
     *
     * @param number 十进制数
     * @return 出现 1 数字的位置
     */
    public static list<integer> find1cursor(int number) {
        if (number < 0)
            return new arraylist<>();

        list<integer> cursorlist = new arraylist<>();

        int cursor = 0;

        if (number == 0) {
            cursorlist.add(cursor);
            return cursorlist;
        }

        while (true) {

            if (number == 0)
                break;


            //移动坐标
            ++cursor;
            //如果低位二进制有 1 值,则将坐标保存到数组中
            if ((number & 1) == 1) {
                cursorlist.add(cursor);
            }

            number >>= 1;
        }
        return cursorlist;
    }

    /**
     * 将数组里面的数字对应至二进制 1 的位置(从右开始数)
     * 如:[1,3] 代表,二进制数中,第1的和第三的位置为 1,其他位置为 0,即:0101
     * 则 [1,3] 将会被转换为十进制数字:5
     *
     * @param numberlist 数字列表
     * @return 二进制填充 1 后对应的十进制
     */
    public static int convert2binary(list<integer> numberlist) {
        int number = 0;
        for (integer cursor : numberlist) {
            if (cursor == 0)
                number += 0;

            number += 1 << (cursor - 1);
        }
        return number;
    }
}

3.4 数据库的sql进行分类查询

在数据库中,我们使用&运算,数据库会返回非0的数据,
假设我们要查询 [3,4] 的分类,我们的 sql 如下:

select * from `news` where news_type & 12

只要具备 3-黄金4-基金 分类的新闻,就可以被数据库查询出来。
通用mapper可以自己定义criteria添加查询条件,如:

// 设置查询条件
example example = example.builder(news.class)
        .build();
example.createcriteria()
        .andcondition("news_type &", type);

4. 优缺点

优点:少建立一张表,少一次多表查询
缺点:可读性太差

5.联系作者

书写的能力还需要锻炼,我个人会经常分享一些知识,不论是否深奥,分享这些东西,一个原因是想分享,二个原因也是为了锻炼自己的书写水平,革命还尚未成功,我还需更加努力。
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