简单实现一个布隆过滤器

Bloom_filter

1.项目描述：

​ 实现一个简单的布隆过滤器

2.布隆过滤器简介:

布隆过滤器是一个非常神奇的数据结构，通过它我们可以非常方便地判断一个给定数据是否存在于海量数据中

3.特点：

• 有一定误差，如果判定在，小概率可能不在；
• 如果判定不在，那么一定不在；

4.常见使用场景：

• 网页黑名单系统
• 垃圾邮件过滤系统
• 爬虫的网址判重系统
• 解决redis缓存穿透问题

5.布隆过滤器的判断流程：

当一个元素加入布隆过滤器中的时候，会进行如下操作：

1. 使用布隆过滤器中的哈希函数对元素值进行计算，得到几个哈希值（有几个哈希函数得到几个哈希值）。
2. 根据得到的哈希值，在位数组中把对应下标的值置为 1。

需要判断一个元素是否存在于布隆过滤器的时候，会进行如下操作：

1. ​ 对给定元素再次进行相同的哈希计算；
2. ​ 得到值之后判断位数组中的每个元素是否都为 1，如果值都为 1，那么说明这个值在布隆过滤器中，如果存在一个值不为 1，说明该元素不在布隆过滤器中。

误判原因：

• 可能存在不同的字符串 哈希出来的位置相同（可以适当增加位数组大小或者调整我们的哈希函数来降低概率）

6.布隆过滤器简单实现：

• 如果使用布隆过滤器：那么需要提供允许的误差率p和样本容量n，算出布隆过过滤器的大小m，然后再通过m和n算出需要的几个hash函数，最后算出失误率q。

• 例如：n=100亿，p=0.01%，算出m=2000亿bit，需要25G，14个hash函数，误差率q = 0.006%

import java.util.BitSet;
/**
* @ClassName MyBloomFilter
* @Description
* @Author wq
* @Date 
* @Version 1.0
**/
public class MyBloomFilter {
    /**
    * 位数组的大小
    */
    private static final int DEFAULT_SIZE = 2 << 24;
    /**
    * 通过这个数组可以创建 6 个不同的哈希函数
    */
    private static final int[] SEEDS = new int[]{3, 13, 46, 71, 91, 134};
    /**
    * 位数组。数组中的元素只能是 0 或者 1
    */
    private BitSet bits = new BitSet(DEFAULT_SIZE);
    /**
    * 存放包含 hash 函数的类的数组
    */
    private SimpleHash[] func = new SimpleHash[SEEDS.length];
    /**
    * 初始化多个包含 hash 函数的类的数组，每个类中的 hash 函数都不一样
    */
    public MyBloomFilter() {
        // 初始化多个不同的 Hash 函数
        for (int i = 0; i < SEEDS.length; i++) {
        	func[i] = new SimpleHash(DEFAULT_SIZE, SEEDS[i]);
        }
    }
    /**
    * 添加元素到位数组
    */
    public void add(Object value) {
        for (SimpleHash f : func) {
        	bits.set(f.hash(value), true);
        }
    }
    /**
    * 判断指定元素是否存在于位数组
    */
    public boolean contains(Object value) {
        boolean ret = true;
        for (SimpleHash f : func) {
            ret = ret && bits.get(f.hash(value));
        }
        return ret;
    }
    /**
    * 静态内部类。用于 hash 操作！
    */
    public static class SimpleHash {
        private int cap;
        private int seed;
        public SimpleHash(int cap, int seed) {
            this.cap = cap;
            this.seed = seed;
        }
        /**
        * 计算 hash 值
        */
        public int hash(Object value) {
            int h;
            return (value == null) ? 0 : Math.abs(seed * (cap - 1) & ((h = value.hashCode()) ^ (h >>> 16)));
        }
	}
}