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如何優(yōu)雅地運(yùn)用位運(yùn)算實現(xiàn)產(chǎn)品需求？

在開始正文之前，我們先來說一下 Linux 的系統(tǒng)權(quán)限設(shè)計。在 Linux 系統(tǒng)中，為了保證文件的安全，對文件所有者、同組用戶、其他用戶的訪問權(quán)限進(jìn)行了分別管理。其中，文件所有者，即建立文件或目錄的用戶。同組用戶，是所屬組群中的所有用戶。其他用戶，指的是既不是文件所有者，也不是同組用戶的其他用戶。每個文件和目錄都具有讀取權(quán)限、寫入權(quán)限和執(zhí)行權(quán)限，這三個權(quán)限之間相互獨(dú)立。

image.png

在 Linux 系統(tǒng)中，每個文件的訪問權(quán)限可以用 9 個字母表示，每 3 個字母表示一類用戶權(quán)限，分別代表文件創(chuàng)建者、同組用戶、其他用戶。其中，r 表示讀取權(quán)限，w 表示寫入權(quán)限，x 表示執(zhí)行權(quán)限。通過功能模式修改文件權(quán)限，有三個部分組成，包括對象、操作和權(quán)限。

image.png

假設(shè)需要增加同組用戶寫入權(quán)限，下面來看一個例子。

chmod g+w /root/install.log

此外，每一類用戶的訪問也可以通過數(shù)字的方式進(jìn)行表示。

image.png

那么，通過數(shù)字模式就可以對常見的 Linux 文件權(quán)限操作進(jìn)行歸納。

image.png

假設(shè)需要設(shè)置創(chuàng)建者可讀可寫可執(zhí)行、同組用戶可讀、其他用戶可讀，我們可以這樣寫：

chmod 755 /root/install.log

事實上，Linux 的文件訪問權(quán)限就是非常經(jīng)典的位運(yùn)算使用場景。無獨(dú)有偶，我們再來看下 Java 中的 java.lang.reflect.Modifier 。其中， Modifier 類采用 16 進(jìn)制定義了靜態(tài)常量。

public static final int PUBLIC           = 0x00000001;
public static final int PRIVATE          = 0x00000002;
public static final int PROTECTED        = 0x00000004;
public static final int STATIC           = 0x00000008;
public static final int FINAL            = 0x00000010;
public static final int SYNCHRONIZED     = 0x00000020;
public static final int VOLATILE         = 0x00000040;
public static final int TRANSIENT        = 0x00000080;
public static final int NATIVE           = 0x00000100;
public static final int INTERFACE        = 0x00000200;
public static final int ABSTRACT         = 0x00000400;
public static final int STRICT           = 0x00000800;
...

緊接著，Modifier 類提供了很多靜態(tài)方法，例如 isPublic() 方法的返回值 & PUBLIC 對應(yīng)的 16 進(jìn)制值，如果非 0，則說明含有 public 修飾符。

public static boolean isPublic(int mod) {
    return (mod & PUBLIC) != 0;
}

這里有一個重要的知識點，采用 & 運(yùn)算，兩位同時為 1，結(jié)果才為 1，否則為 0。即 0&0=0; 0&1=0; 1&0=0; 1&1=1。例如：3&1 即 0000 0011 & 0000 0001 = 00000001，值為 1。

     0000 0011
&    0000 0001 
=    0000 0001  

與此同時，Modifier 類還采用 | 運(yùn)算，確保參加運(yùn)算的兩個對象只要有一個為 1，其值為 1。即 0|0=0； 0|1=1； 1|0=1；1|1=1。例如 Modifier.PUBLIC | Modifier.PROTECTED | Modifier.PRIVATE | Modifier.ABSTRACT | Modifier.STATIC | Modifier.FINAL | Modifier.STRICT 的結(jié)果是 3103，即 110000011111。

private static final int CLASS_MODIFIERS =
        Modifier.PUBLIC         | Modifier.PROTECTED    | Modifier.PRIVATE |
        Modifier.ABSTRACT       | Modifier.STATIC       | Modifier.FINAL   |
        Modifier.STRICT;

     0000 0000 0000 0001
｜   0000 0000 0000 0010 
｜   0000 0000 0000 0100 
｜   0000 0000 0000 1000 
｜   0000 0000 0001 0000 
｜   0000 0100 0000 0000
｜   0000 1000 0000 0000
=    0000 1100 0001 1111

書歸正傳，我們站在前輩們的肩上，通過位運(yùn)算設(shè)計優(yōu)雅的多選標(biāo)識，例如通過位運(yùn)算實現(xiàn)權(quán)限控制或多狀態(tài)管理，它的好處在于易擴(kuò)展，避免數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程中字段膨脹，減少磁盤存儲空間。

假設(shè)，我們現(xiàn)在有一個有一個業(yè)務(wù)需求：在任務(wù)中添加一個通知方式，可選項包括 IM 消息、系統(tǒng)提醒、郵箱、短信。選擇 IM 消息后，支持 IM 即時發(fā)送；選擇系統(tǒng)提醒后，支持站內(nèi)信推送；選擇選擇郵箱后，該任務(wù)后續(xù)相關(guān)提醒內(nèi)容，可通過發(fā)送郵件至相關(guān)人郵箱中進(jìn)行通知；選擇短信后，該任務(wù)后續(xù)相關(guān)提醒內(nèi)容，可通過發(fā)送短信至相關(guān)人進(jìn)行通知。

image.png

我們在設(shè)計數(shù)據(jù)庫庫表時，通常情況下，將多個標(biāo)識字段合并成一個字段，并把這個字段改成字符串型方式保存，例如，存在 1 時表示支持 IM，2 時表示支持系統(tǒng)消息，3 表示支持郵箱，4 表示支持短信。此時，如果同時都滿足，它的存儲形式就是以逗號分隔的字符串：“1,2,3,4”。這樣設(shè)計的好處在于，不僅消除相同字段的冗余，而且當(dāng)增加新的渠道類別時，不需增加新的字段。

IM(1, "IM消息"),
SYSTEM(2, "系統(tǒng)提醒"),
MAIL(3, "郵箱"),
SMS(4, "短信");

但在數(shù)據(jù)查詢時，我們需要對字符串進(jìn)行分隔。并且字符串類型的字段在查詢效率和存儲空間上不如整型字段。因此，我們可以用“位”來解決這個問題。我們采取不同的位來分別表示不同類別的標(biāo)識字段。

image.png

因此，當(dāng)某個任務(wù)支持 IM 時，則保存 1（0000 0001）；支持系統(tǒng)消息時，則保存 2（0000 0010），支持郵箱時，則保存 4（0000 0100）；支持短信時，則保存 8（0000 1000）。四種都支持，則保存 15 （0000 11111）。

緊接著，我們通過封裝常用方法來實現(xiàn)增刪改。

/**
 * 判斷
 * @param mod 用戶當(dāng)前值
 * @param value  需要判斷值
 * @return 是否存在
 */
public static boolean hasMark(long mod, long value) {
    return (mod & value) == value;
}

/**
 * 增加
 * @param mod 已有值
 * @param value  需要添加值
 * @return 新的狀態(tài)值
 */
public static long addMark(long mod, long value) {
    if (hasMark(mod, value)) {
        return mod;
    }
    return (mod | value);
}

/**
 * 刪除
 * @param mod 已有值
 * @param value  需要刪除值
 * @return 新值
 */
public static long removeMark(long mod, long value) {
    if (!hasMark(mod, value)) {
        return mod;
    }
    return mod ^ value;
}

總結(jié)一下，我們在數(shù)據(jù)庫設(shè)計時，將多個標(biāo)識字段合并成一個字段，并把這個字段改成字符串型方式保存，不僅消除相同字段的冗余，而且當(dāng)增加新的渠道類別時，不需增加新的字段，但是字符串類型的字段在查詢效率和存儲空間上不如整型字段。因此，我們可以參考用“位”來解決這個問題。我們采取不同的位來分別表示不同類別的標(biāo)識字段。

寫在末尾

【服務(wù)端思維】：我們一起聊聊服務(wù)端核心技術(shù)，探討一線互聯(lián)網(wǎng)的項目架構(gòu)與實戰(zhàn)經(jīng)驗。讓所有孤軍奮戰(zhàn)的研發(fā)人員都找到屬于自己的圈子，一起交流、探討。在這里，我們可以認(rèn)知升級，連接頂級的技術(shù)大牛，連接優(yōu)秀的思維方式，連接解決問題的最短路徑，連接一切優(yōu)秀的方法，打破認(rèn)知的局限。

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