【免费】BloomFilter——大规模数据处理利器1资源-CSDN文库

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2017/8/18 那些优雅的数据结构(1) : BloomFilter——大规模数据处理利器 - 苍梧 - 博客园

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那些优雅的数据结构(1) : BloomFilter——大规模数据处理利器

BloomFilter——大规模数据处理利器

Bloom Filter是由Bloom在1970年提出的一种多哈希函数映射的快速查找算法。通常应用在一些需要快速判断某个

元素是否属于集合，但是并不严格要求100%正确的场合。

一. 实例

为了说明Bloom Filter存在的重要意义，举一个实例：

假设要你写一个网络蜘蛛（web crawler）。由于网络间的链接错综复杂，蜘蛛在网络间爬行很可能会形成“环”。为

了避免形成“环”，就需要知道蜘蛛已经访问过那些URL。给一个URL，怎样知道蜘蛛是否已经访问过呢？稍微想想，就会

有如下几种方案：

1. 将访问过的URL保存到数据库。

2. 用HashSet将访问过的URL保存起来。那只需接近O(1)的代价就可以查到一个URL是否被访问过了。

3. URL经过MD5或SHA-1等单向哈希后再保存到HashSet或数据库。

4. Bit-Map方法。建立一个BitSet，将每个URL经过一个哈希函数映射到某一位。

方法1~3都是将访问过的URL完整保存，方法4则只标记URL的一个映射位。

以上方法在数据量较小的情况下都能完美解决问题，但是当数据量变得非常庞大时问题就来了。

方法1的缺点：数据量变得非常庞大后关系型数据库查询的效率会变得很低。而且每来一个URL就启动一次数据库查

询是不是太小题大做了？

方法2的缺点：太消耗内存。随着URL的增多，占用的内存会越来越多。就算只有1亿个URL，每个URL只算50个字

符，就需要5GB内存。

方法3：由于字符串经过MD5处理后的信息摘要长度只有128Bit，SHA-1处理后也只有160Bit，因此方法3比方法2

节省了好几倍的内存。

方法4消耗内存是相对较少的，但缺点是单一哈希函数发生冲突的概率太高。还记得数据结构课上学过的Hash表冲突

的各种解决方法么？若要降低冲突发生的概率到1%，就要将BitSet的长度设置为URL个数的100倍。

实质上上面的算法都忽略了一个重要的隐含条件：允许小概率的出错，不一定要100%准确！也就是说少量url实际上

没有没网络蜘蛛访问，而将它们错判为已访问的代价是很小的——大不了少抓几个网页呗。

二. Bloom Filter的算法

废话说到这里，下面引入本篇的主角——Bloom Filter。其实上面方法4的思想已经很接近Bloom Filter了。方法四

的致命缺点是冲突概率高，为了降低冲突的概念，Bloom Filter使用了多个哈希函数，而不是一个。

Bloom Filter算法如下：

创建一个m位BitSet，先将所有位初始化为0，然后选择k个不同的哈希函数。第i个哈希函数对字符串str哈希的结果

记为h（i，str），且h（i，str）的范围是0到m-1 。

(1) 加入字符串过程

下面是每个字符串处理的过程，首先是将字符串str“记录”到BitSet中的过程：

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