引入依賴java
<dependency> <groupId>com.google.guava</groupId> <artifactId>guava</artifactId> <version>26.0-jre</version> </dependency>
編寫測試代碼web
import com.google.common.hash.BloomFilter; import com.google.common.hash.Funnels; import lombok.AccessLevel; import lombok.NoArgsConstructor; import lombok.extern.slf4j.Slf4j; import java.math.BigDecimal; /** @author Created by 譚健 on 2019/9/25. 星期三. 10:47. © All Rights Reserved. */ @Slf4j @NoArgsConstructor(access = AccessLevel.PRIVATE) public class BloomFilterTest { /** 裏面有多少個數據 */ private static final int EXPECT_SIZE = 100_0000; /** 指望的誤判率 */ private static final double FPP = 0.0000_5; public static void main(String[] args) { BloomFilter<Integer> filter = initFilter(); int count = 0; for (int i = EXPECT_SIZE; i < EXPECT_SIZE * 2; i++) { // 設置了一個循環,拿一些根本不存在的數據去測試,測試次數 = 總數據量 if (filter.mightContain(i)) { count++; log.info("當前數據 {} 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。", i); } } log.info("一共誤判了 {} 個數據", count); double v = count / (EXPECT_SIZE * 1.00); log.info("誤判率 {}", BigDecimal.valueOf(v).setScale(6, BigDecimal.ROUND_HALF_UP)); } private static BloomFilter<Integer> initFilter() { BloomFilter<Integer> filter = BloomFilter.create(Funnels.integerFunnel(), EXPECT_SIZE, FPP); for (int i = 0; i < EXPECT_SIZE; i++) { filter.put(i); } return filter; } }
輸出結果redis
11:09:24.703 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1043713 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.709 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1045293 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.716 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1084804 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.722 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1108827 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.731 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1170565 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.732 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1176553 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.733 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1181407 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.739 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1212393 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.740 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1216250 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.740 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1217755 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.755 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1302056 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.761 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1340223 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.762 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1345555 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.764 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1359757 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.765 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1362759 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.766 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1367631 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.767 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1372497 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.774 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1421526 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.778 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1452218 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.781 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1470719 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.798 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1583667 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.799 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1586562 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.799 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1587225 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.799 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1588861 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.799 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1589613 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.801 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1605520 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.802 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1612489 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.802 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1614824 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.804 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1628491 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.805 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1636461 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.806 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1649258 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.808 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1670422 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.809 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1680673 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.810 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1684041 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.812 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1700898 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.816 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1737096 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.818 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1751971 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.819 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1757162 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.819 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1757183 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.820 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1764249 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.821 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1773561 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.822 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1784175 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.830 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1827745 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.835 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1865076 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.837 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1885160 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.840 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1911780 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.840 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1918022 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.844 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1944798 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.849 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1997282 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.849 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 當前數據 1999119 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 11:09:24.850 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 一共誤判了 50 個數據 11:09:24.852 [main] INFO com.example.demo.BloomFilterTest - 誤判率 0.000050
固然,誤判率並非徹底準確的,設置的誤判率,只是一個近似值。算法
此處引用 redisson 的依賴來實現數組
<dependency> <groupId>org.redisson</groupId> <artifactId>redisson</artifactId> <version>3.11.2</version> </dependency>
Redisson利用Redis實現了Java分佈式布隆過濾器(Bloom Filter)。所含最大比特數量爲2^32。分佈式
示例代碼svg
RBloomFilter<SomeObject> bloomFilter = redisson.getBloomFilter("sample"); // 初始化布隆過濾器,預計統計元素數量爲55000000,指望偏差率爲0.03 bloomFilter.tryInit(55000000L, 0.03); bloomFilter.add(new SomeObject("field1Value", "field2Value")); bloomFilter.add(new SomeObject("field5Value", "field8Value")); bloomFilter.contains(new SomeObject("field1Value", "field8Value"));
基於集羣的數據分片布隆過濾器Sharding
,不過基於集羣的過濾器,僅限於Redisson PRO
版本中,須要收費函數
基於Redis的Redisson集羣分佈式布隆過濾器經過RClusteredBloomFilter接口,爲集羣狀態下的Redis環境提供了布隆過濾器數據分片的功能。 經過優化後更加有效的算法,經過壓縮未使用的比特位來釋放集羣內存空間。每一個對象的狀態都將被分佈在整個集羣中。所含最大比特數量爲2^64。在這裏能夠獲取更多的內部信息。測試
示例代碼優化
RClusteredBloomFilter<SomeObject> bloomFilter = redisson.getClusteredBloomFilter("sample"); // 採用如下參數建立布隆過濾器 // expectedInsertions = 255000000 // falseProbability = 0.03 bloomFilter.tryInit(255000000L, 0.03); bloomFilter.add(new SomeObject("field1Value", "field2Value")); bloomFilter.add(new SomeObject("field5Value", "field8Value")); bloomFilter.contains(new SomeObject("field1Value", "field8Value"));
代碼以下:
import com.google.common.hash.Funnels; import com.google.common.hash.Hashing; import lombok.AccessLevel; import lombok.NoArgsConstructor; import lombok.extern.slf4j.Slf4j; import redis.clients.jedis.Jedis; import java.math.BigDecimal; import java.nio.charset.Charset; import java.nio.charset.StandardCharsets; /** @author Created by 譚健 on 2019/9/25. 星期三. 11:29. © All Rights Reserved. */ @Slf4j @NoArgsConstructor(access = AccessLevel.PRIVATE) public class JedisBloomFilter { /** 裏面有多少個數據 */ private static final int EXPECT_SIZE = 1_0000; /** 指望的誤判率 */ private static final double FPP = 0.0005; /** bit數組長度 */ private static final long NUM_BITS; /** hash函數數量 */ private static final int NUM_HASH_FUNCTIONS; /** redis 中的key */ private static final String KEY = "JedisBloomFilter:TEST"; private static final Jedis JEDIS; static { // 計算bit數組長度 NUM_BITS = (long) (-EXPECT_SIZE * Math.log(FPP) / (Math.log(2) * Math.log(2))); // 計算hash函數個數 NUM_HASH_FUNCTIONS = Math.max(1, (int) Math.round((double) NUM_BITS / EXPECT_SIZE * Math.log(2))); // 初始化JEDIS JEDIS = new Jedis(); JEDIS.auth("caishang"); JEDIS.select(10); } public static void main(String[] args) { // init for (int i = 0; i < EXPECT_SIZE; i++) { long[] longs = getIndex(String.valueOf(i)); for (long index : longs) { JEDIS.setbit(KEY, index, true); } } // 檢測 int count = 0; for (int i = EXPECT_SIZE; i < EXPECT_SIZE * 2; i++) { if (mightContain(i)) { count++; log.info("當前數據 {} 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。", i); } } log.info("一共誤判了 {} 個數據", count); double v = count / (EXPECT_SIZE * 1.00); log.info("誤判率 {}", BigDecimal.valueOf(v).setScale(6, BigDecimal.ROUND_HALF_UP)); } /** * 判斷某個數據是否可能存在於過濾器中 * * @return true = 可能存在 */ private static boolean mightContain(Object i) { long[] longs = getIndex(String.valueOf(i)); for (long index : longs) { boolean isContain = JEDIS.getbit(KEY, index); // 有任意一個不存在,則該值必定不存在 if (!isContain) { return false; } } return true; } /** 根據key獲取bitmap下標 */ private static long[] getIndex(String key) { long hash1 = hash(key); long[] result = new long[NUM_HASH_FUNCTIONS]; for (int i = 0; i < NUM_HASH_FUNCTIONS; i++) { long combinedHash = hash1 + i * (hash1 >>> 16); if (combinedHash < 0) { combinedHash = ~combinedHash; } result[i] = combinedHash % NUM_BITS; } return result; } private static long hash(String key) { Charset charset = StandardCharsets.UTF_8; return Hashing.murmur3_128().hashObject(key, Funnels.stringFunnel(charset)).asLong(); } }
運行結果以下:
12:49:41.605 [main] INFO com.example.demo.JedisBloomFilter - 當前數據 11360 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 12:49:41.628 [main] INFO com.example.demo.JedisBloomFilter - 當前數據 11579 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 12:49:41.703 [main] INFO com.example.demo.JedisBloomFilter - 當前數據 12403 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 12:49:41.769 [main] INFO com.example.demo.JedisBloomFilter - 當前數據 13118 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 12:49:41.785 [main] INFO com.example.demo.JedisBloomFilter - 當前數據 13290 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 12:49:41.807 [main] INFO com.example.demo.JedisBloomFilter - 當前數據 13553 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 12:49:42.064 [main] INFO com.example.demo.JedisBloomFilter - 當前數據 16564 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 12:49:42.129 [main] INFO com.example.demo.JedisBloomFilter - 當前數據 17295 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 12:49:42.183 [main] INFO com.example.demo.JedisBloomFilter - 當前數據 17920 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 12:49:42.243 [main] INFO com.example.demo.JedisBloomFilter - 當前數據 18628 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 12:49:42.297 [main] INFO com.example.demo.JedisBloomFilter - 當前數據 19255 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 12:49:42.355 [main] INFO com.example.demo.JedisBloomFilter - 當前數據 19972 不存在於過濾器中,可是返回存在,誤判了。 12:49:42.357 [main] INFO com.example.demo.JedisBloomFilter - 一共誤判了 12 個數據 12:49:42.359 [main] INFO com.example.demo.JedisBloomFilter - 誤判率 0.001200
與設置誤判率有必定的差距,可是不大。
使用該方式做爲過濾器時,效率不過高。本代碼僅僅做爲示例,沒有進行改良,10000個數據在Redis 中就已經很大了。