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  • 算法

    要点:有n条数据,通过m个hash函数,将每条数据都转化为m个数,存到0-x的数集中。查询时,先将数据转化为m个数,如果m个数不能在数集中全都找到,说明该数据一定不存在。但是,全都找到,不能说明数据一定存在。

      1 import redis.clients.jedis.Jedis;
      2 import redis.clients.jedis.Pipeline;
      3 
      4 import java.io.IOException;
      5 
      6 public class BloomFilter {
      7 
      8     /**
      9      * m -> 【布隆过滤器长度】
     10      * n -> 插入元素个数
     11      * p -> 误报率
     12      * m = - nlnp / [(ln2)*(ln2)]
     13      * <p>
     14      * k -> 【哈希函数个数】
     15      * k = m * ln2 / n
     16      */
     17 
     18     private long filterLen;
     19     private int hashFuncNum;
     20     private static Jedis jedis;
     21 
     22     public BloomFilter(long elementNum, double errorRate) {
     23         this.filterLen = this.getFilterLen(elementNum, errorRate);
     24         this.hashFuncNum = this.getHashFuncNum(this.filterLen, elementNum);
     25     }
     26 
     27     static {
     28         jedis = new Jedis("127.0.0.1", 6379);
     29         jedis.auth("password");
     30     }
     31 
     32     /**
     33      * 计算哈希函数数量
     34      *
     35      * @param filterLen  过滤器长度
     36      * @param elementNum 元素个数
     37      * @return 哈希函数数量
     38      */
     39     private int getHashFuncNum(long filterLen, long elementNum) {
     40         return new Double(Math.floor(filterLen * Math.log(2) / elementNum)).intValue();
     41     }
     42 
     43     /**
     44      * 计算布隆过滤器长度
     45      *
     46      * @param elementNum 元素格式
     47      * @param errorRate  误报率
     48      * @return 布隆过滤器长度
     49      */
     50     private long getFilterLen(long elementNum, double errorRate) {
     51         double m = -1 * elementNum * Math.log(errorRate) / Math.pow(Math.log(2), 2);
     52         return new Double(m).longValue();
     53     }
     54 
     55     /**
     56      * 添加元素
     57      *
     58      * @param sign
     59      * @param key
     60      */
     61     public void add(String sign, String key) {
     62         long[] hashArr = hash(key);
     63         Pipeline pipeline = jedis.pipelined();
     64         try {
     65             for (long hash : hashArr) {
     66                 pipeline.setbit(sign, hash, true);
     67             }
     68             pipeline.sync();
     69         } finally {
     70             try {
     71                 pipeline.close();
     72             } catch (IOException e) {
     73                 e.printStackTrace();
     74             }
     75         }
     76     }
     77 
     78     public boolean notExist(String sign, String key) {
     79         long[] hashArr = hash(key);
     80         boolean result;
     81         Pipeline pipeline = jedis.pipelined();
     82         try {
     83             for (long hash : hashArr) {
     84                 pipeline.getbit(sign, hash);
     85             }
     86             result = pipeline.syncAndReturnAll().contains(false);
     87         } finally {
     88             try {
     89                 pipeline.close();
     90             } catch (IOException e) {
     91                 e.printStackTrace();
     92             }
     93         }
     94         if (result) {
     95             add(sign, key);
     96         }
     97         return result;
     98     }
     99 
    100     private long[] hash(String key) {
    101         long hash1 = fnvHash(key);
    102         long hash2 = hash1 >>> 16;
    103         long[] result = new long[this.hashFuncNum];
    104         for (int i = 0; i < this.hashFuncNum; i++) {
    105             long hash = hash1 + i * hash2;
    106             if (hash < 0) {
    107                 hash = ~hash;
    108             }
    109             result[i] = hash % this.filterLen;
    110         }
    111         return result;
    112     }
    113 
    114     public static int fnvHash(String key) {
    115         int hash = (int) 2166136261L;
    116         for (int i = 0; i < key.length(); i++) {
    117             hash += (hash * 16777619) ^ key.charAt(i);
    118         }
    119         return hash & Integer.MAX_VALUE;
    120     }
    121 
    122     public static void main(String[] args) {
    123         String sign = "Bloom-Filter";
    124         BloomFilter bf = new BloomFilter(100000, 0.01);
    125         bf.add(sign, "aaaaaa");
    126         bf.add(sign, "bbbbbb");
    127         System.out.println(bf.notExist(sign, "aaaaaa"));    // false
    128         System.out.println(bf.notExist(sign, "ffffff"));    // true 如果不存在会写入,再执行为false
    129     }
    130 
    131 }
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