使用二進制的方式來表示數據狀態（支持無順序狀態）
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1. 背景介紹
我將分享一個案例，引發思考。該方案擁有多種解決方案，所以各有優勢，也各有缺點，讀者自行思考，自行選擇解決方案，我主要想給大家分享 “使用二進制的方式表示數據狀態” 這一類解決方案。下面，我將提出一個案例，大家可以想一下可以用何種方式來解決這個問題。
2. 通過一個案例引發思考
我們在大學實習的時候，肯定是需要簽訂《三方協議》的，該協議涉及三方，即：“學校”、“自己”、“實習公司”，我們將這三方假設爲三個用戶。
我們在簽訂三方協議的時候，是沒有簽訂順序的，誰都可以先蓋章簽字。那麼，在這種背景下，我們可以如何設計我們的系統，來表示這種無順序的狀態呢？
2.1 當簽章有順序時，我們是如何設計的？
如果《三方協議》的簽訂是有順序的，假設順序爲 “自己” --> “實習公司” --> “學校”。那麼我們會如何設計？
其實，一張表即可完成設計
| contract_id | sign_status |
|---|---|
| 1 | 0 |
contract_id ：三方協議合同id
sign_status：合同簽訂狀態：0-未簽訂、1-學生已簽訂、2-實習公司已簽訂、3-學校已簽訂
當狀態爲 3 的時候，即可認定爲該合同已簽訂完畢。這就是有順序的設計方式。
但是我們生活中的簽訂，卻是無順序的。
2.2 當簽章順序無法控制時，我們是如何設計的？
由於我們無法控制誰先簽，誰後籤，所以原本的設計方案就不可行了。
使用二進制表示狀態，是什麼意思？
我們有 3 個用戶，對應二進制 000 ，若有一方簽訂了，則將屬於他的那個 0 設置爲 1 ，即可表示該用戶已簽訂。假設二進制的 3 個 0 ，從左到右分別對應：學校、實習公司、學生。此時的二進制狀態爲 000 ，數據庫存儲的十進制狀態爲 0 ，代表未簽訂狀態。
| contract_id | sign_status |
|---|---|
| 1 | 0 |
contract_id ：三方協議合同id
sign_status：合同簽訂狀態：000-未簽訂、001-學生已簽訂、010-實習公司已簽訂、100-學校已簽訂
接着，假設學生第一個簽章了，那麼就將屬於學生的那個 0 ，改爲 1 ，此時的二進制狀態爲 001，對應數據庫十進制狀態爲 1 ，代表學生已簽章。如圖所示：
| contract_id | sign_status |
|---|---|
| 1 | 1 |
接着，學校開始簽章，二進制狀態變爲 101 ，對應數據庫存儲的十進制狀態爲 5。
| contract_id | sign_status |
|---|---|
| 1 | 5 |
最後是實習公司簽章：
| contract_id | sign_status |
|---|---|
| 1 | 7 |
可以看出，當二進制狀態爲 111 ，即十進制爲 7 的時候，表示《三方協議》已簽章完畢。
3. 無順序狀態改變的問題解決了，那麼我們如何進行搜索呢？
3.1 案例介紹
同樣的，我介紹一個案例供大家思考。
我們現在有一個系統，是錄入新聞信息，然後用戶可以在前臺根據分類查看新聞。假設前臺的新聞分類有：0-全部、1-股票、2-理財、3-黃金、4-基金。我們在後臺新增的新聞，他的分類可以是多選的，如 ["黃金","基金"]，在這種情況下，前臺用戶可以在 全部、黃金、基金 這 3 個分類下面找到該新聞。
3.2 未使用二進制狀態的數據庫設計
一般這種情況，我們會使用一張中間表，來存儲新聞類別（也可以使用字符串字段來表示，如"1,2,3,4"，但是我個人認爲這樣做不優雅。假設，我們類別多了，我需要搜索分類id爲 2 的新聞信息，如果使用 contrains('2') 關鍵字，請問，是否會搜索出 分類id=12 的分類信息。當然，我只是舉了這一個例子，無論採用何種方法，我認爲使用字符串表示狀態，在進行搜索的時候都不夠優雅）
3.3 使用二進制狀態的數據庫設計
如果前端嫌二進制處理麻煩，我們可以使用 null-全部、1-股票、2-理財、3-黃金、4-基金 ，來對接前端，使用二進制狀態對接數據庫。
我們可以參照上面《三方協議》的案例，使用二進制來表示新聞的狀態
| news_id | type |
|---|---|
| 1 | 7 |
news_id ：新聞id
type：新聞類型：0001-股票、0010-理財、0100-黃金、1000-基金
當新聞即爲黃金分類，又爲基金分類的時候，他的二進制狀態爲：1100，對應十進制：12
1. 我們如何將前端傳遞的 [1,2,3,4] 對應數據庫的表現形式？【★】
前端傳遞的參數：null-全部、1-股票、2-理財、3-黃金、4-基金
數據庫保存的狀態：0001-股票、0010-理財、0100-黃金、1000-基金
我們可以看出，前端傳遞的數字，其實就是對應數據庫二進制狀態從右開始數，第n個1的位置，因此，我們需要寫一個工具類，使他們可以進行相互轉換，即：
[1,2,3,4] ⇒ 15
7 ⇒ [1,2,3]
工具類請點擊查看：2.工具類。下面我將介紹工具類的實現原理，感興趣的朋友可以看一看。
1.1 位偏移運算（<<）
將 [1,2,3,4] 轉爲 1111 即 15
如果不懂該運算的朋友，可以去網上搜一下左偏移、右偏移。我簡單介紹下。
1 << 1 = 2 （0001 向左偏移1位 = 0010。對應十進制 2）
2 << 1 = 4 （0010 向左偏移1位 = 0100。對應十進制 4）
2 << 2 = 8 （0010 向左偏移2位 = 1000。對應十進制 8）
3 << 1 = 6 （0011 向左偏移1位 = 0110。對應十進制 6）
右偏移同理
1 >> 1 = 0 （0001 向右偏移1位 = 0000。對應十進制 0）
2 >> 1 = 1 （0010 向右偏移1位 = 0001。對應十進制 1）
2 >> 2 = 0 （0010 向右偏移2位 = 0000。對應十進制 0）
3 >> 1 = 1 （0011 向右偏移1位 = 0001。對應十進制 1）
我們假設想要查看3-黃金分類，那麼我們就需要將 3 轉換爲二進制數 0100，對應十進制爲 4。
我們假設想要查看3-黃金 或者 4-基金的分類，那麼我們就需要將 [3,4] 轉換爲二進制數 1100，對應十進制爲 12。
代碼實現如下
/**
* 將數組裏面的數字對應至二進制 1 的位置（從右開始數）
* 如：[1,3] 代表，二進制數中，第1的和第三的位置爲 1，其他位置爲 0，即：0101
* 則 [1,3] 將會被轉換爲十進制數字：5
*
* @param numberList 數字列表
* @return 二進制填充 1 後對應的十進制
*/
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 按位與運算（&）來進行搜索
將 12 轉爲 [3,4]
將前端傳遞的 [1,2,3,4] 轉換爲對應的二進制數字後，此時我們又需要用到 &運算，不懂的朋友可以去搜一下，我簡單概括下，其實就是取兩個數的二進制 1 的交集，如圖所示
該運算的算法是，將指定數 & 1，從二進制數的最右邊開始，若結果爲 1 ，則表示該位置有值，記錄下當前的位置，該位置即是對應前端的 [1,2,3,4] 的值。如圖所示：
此時，我們便實現了互轉，代碼如下：
/**
* 獲取 二進制 中，出現 1 的位置（從右開始數）
* 如：3 對應的二進制爲 : 0011
* 則，該方法返回 [1,2]
*
* @param number 十進制數
* @return 出現 1 數字的位置
*/
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;
//移動座標
++cursor;
//如果低位二進制有 1 值，則將座標保存到數組中
if ((number & 1) == 1) {
cursorList.add(cursor);
}
number >>= 1;
}
return cursorList;
}
2.工具類【★】
/**
* 二進制轉換工具
*
* @author Chimm Huang
* @author [email protected]
* @date 2020/3/12
*/
public class BinaryUtil {
private BinaryUtil() { }
/**
* 獲取 二進制 中，出現 1 的位置（從右開始數）
* 如：3 對應的二進制爲 : 0011
* 則，該方法返回 [1,2]
*
* @param number 十進制數
* @return 出現 1 數字的位置
*/
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;
//移動座標
++cursor;
//如果低位二進制有 1 值，則將座標保存到數組中
if ((number & 1) == 1) {
cursorList.add(cursor);
}
number >>= 1;
}
return cursorList;
}
/**
* 將數組裏面的數字對應至二進制 1 的位置（從右開始數）
* 如：[1,3] 代表，二進制數中，第1的和第三的位置爲 1，其他位置爲 0，即：0101
* 則 [1,3] 將會被轉換爲十進制數字：5
*
* @param numberList 數字列表
* @return 二進制填充 1 後對應的十進制
*/
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 數據庫的sql進行分類查詢
在數據庫中，我們使用&運算，數據庫會返回非0的數據，
假設我們要查詢 [3,4] 的分類，我們的 sql 如下：
SELECT * FROM `news` WHERE news_type & 12
只要具備 3-黃金 或 4-基金 分類的新聞，就可以被數據庫查詢出來。
通用mapper可以自己定義criteria添加查詢條件，如：
// 設置查詢條件
Example example = Example.builder(News.class)
.build();
example.createCriteria()
.andCondition("news_type &", type);
4. 優缺點
優點：少建立一張表，少一次多表查詢
缺點：可讀性太差
5.聯繫作者
書寫的能力還需要鍛鍊，我個人會經常分享一些知識，不論是否深奧，分享這些東西，一個原因是想分享，二個原因也是爲了鍛鍊自己的書寫水平，革命還尚未成功，我還需更加努力。
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