布隆过滤器

Posted by 皮皮潘 on 12-02,2021

布隆过滤器相较于传统的哈希表而言,它可以使用更少的空间去存储更多的数据,但是它也付出了精度上的代价,它可以检查值是 “可能在集合中” 还是 “绝对不在集合中”。“可能” 表示有一定的概率,也就是说可能存在一定为误判率

布隆过滤器本质上是由长度为 m 的位向量或位列表(仅包含 0 或 1 位值的列表)组成,最初所有的值均设置为 0,为了将数据项添加到布隆过滤器中,我们会提供 K 个不同的哈希函数,并将结果位置上对应位的值置为 “1”,对于哈希表而言使用的是单个哈希函数,因此只能输出单个索引值。而对于布隆过滤器来说,由于使用多个哈希函数,这将会产生多个索引值,因此也能用更少的空间容纳更多的元素了

布隆过滤器的常用场景如下:

  • 网页爬虫对 URL 去重,避免爬取相同的 URL 地址;
  • 反垃圾邮件,从数十亿个垃圾邮件列表中判断某邮箱是否垃圾邮箱;
  • Google Chrome 使用布隆过滤器识别恶意 URL;
  • Medium 使用布隆过滤器避免推荐给用户已经读过的文章;
  • Google BigTable,Apache HBbase 和 Apache Cassandra 使用布隆过滤器减少对不存在的行和列的查找;
  • 是解决缓存穿透的问题,所谓的缓存穿透就是服务调用方每次都是查询不在缓存中的数据,这样每次服务调用都会到数据库中进行查询,如果这类请求比较多的话,就会导致数据库压力增大,利用布隆过滤器我们可以预先把数据查询的主键,比如用户 ID 或文章 ID 缓存到过滤器中。当根据 ID 进行数据查询的时候,我们先判断该 ID 是否存在,若存在的话,则进行下一步处理。若不存在的话,直接返回,这样就不会触发后续的数据库查询。

布隆过滤器的误判率 fpp 的值越小,匹配的精度越高。当减少误判率 fpp 的值,需要的存储空间也越大,所以在实际使用过程中需要在误判率和存储空间之间做个权衡