布隆過濾器原理很簡單：就是把一個字符串哈希成一個整數key，然後選取一個很長的比特序列，開始都是0，在key把此位置的0變爲1；下次進來一個字符串，哈希之後的值key，如果在此比特位上的值也是1，那麼就說明這個字符串存在了。
如果按照上面的做法，那就和哈希算法沒有什麼區別了，哈希算法還有重複的呢。
布隆過濾器是將一個字符串哈希成多個key，我還是按照書上的說吧。
先建立一個16億二進制常量，然後將這16億個二進制位全部置0。對於每個字符串，用8個不同的隨機產生器（F1,F2,.....,F8）產生8個信息指紋(f1,f2,....,f8).再用一個隨機數產生器G把這八個信息指紋映射到1到16億中的8個自然數g1,g2,...,g8。現在把這8個位置的二進制位全部變爲1。這樣一個布隆過濾器就建好了。
那麼如何檢測一個字符串是否已經存在了呢？
現在用8個隨機數產生器（F1,F2,...,F8）對這個字符串產生8個信息指紋s1,s2,...,s8，然後將這8個信息指紋對應到布隆過濾器的8個二進制位，分別是T1,T2,...,T8.如果字符串存在，那麼顯然T1,T2,...,T8對應的二進制位都應該是1。就是這樣來判斷字符串是否已經存在的。
其實布隆過濾器就是對哈希算法的一個擴展，既然本質是哈希，那麼就肯定會有不足，也就是說，肯定會有誤判，一個字符串明明沒有出現過而布隆過濾器判斷出現了，雖然可能性很小，但是確實存在。
那麼如何減少這種概率呢，首先可以想到的是如果將8個信息指紋擴展到16個錯誤的概率肯定會降低，但是也要考慮到，這樣的話，那麼一個布隆過濾器所能存儲的字符串數量也降低了1倍；另外就是選取很好的哈希函數，對字符串的哈希方法有很多種，其中不乏很好的哈希函數。
布隆過濾器主要運用在過濾惡意網址用的，將所有的惡意網址建立在一個布隆過濾器上，然後對用戶的訪問的網址進行檢測，如果在惡意網址中那麼就通知用戶。這樣的話，我們還可以對一些常出現判斷錯誤的網址設定一個白名單，然後對出現判斷存在的網址再和白名單中的網址進行匹配，如果在白名單中，那麼就放行。當然這個白名單不能太大，也不會太大，布隆過濾器錯誤的概率是很小的。有興趣的讀者可以去查閱，布隆過濾器的錯誤率。
下面給出Java版的布隆過濾器源碼：
[java] view plain copy print?
import java.util.BitSet;
/**
*
* @author xkey
*/
public class BloomFilter {
private static final int DEFAULT_SIZE = 2 << 24;//布隆過濾器的比特長度
private static final int[] seeds = {3,5,7, 11, 13, 31, 37, 61};//這裏要選取質數，能很好的降低錯誤率
private static BitSet bits = new BitSet(DEFAULT_SIZE);
private static SimpleHash[] func = new SimpleHash[seeds.length];
public static void addValue(String value)
{
for(SimpleHash f : func)//將字符串value哈希爲8個或多個整數，然後在這些整數的bit上變爲1
bits.set(f.hash(value),true);
}
public static void add(String value)
{
if(value != null) addValue(value);
}
public static boolean contains(String value)
{
if(value == null) return false;
boolean ret = true;
for(SimpleHash f : func)//這裏其實沒必要全部跑完，只要一次ret==false那麼就不包含這個字符串
ret = ret && bits.get(f.hash(value));
return ret;
}
public static void main(String[] args) {
String value = "[email protected]";
for (int i = 0; i < seeds.length; i++) {
func[i] = new SimpleHash(DEFAULT_SIZE, seeds[i]);
}
add(value);
System.out.println(contains(value));
}
}
class SimpleHash {//這玩意相當於C++中的結構體
private int cap;
private int seed;
public SimpleHash(int cap, int seed) {
this.cap = cap;
this.seed = seed;
}
public int hash(String value) {//字符串哈希，選取好的哈希函數很重要
int result = 0;
int len = value.length();
for (int i = 0; i < len; i++) {
result = seed * result + value.charAt(i);
}
return (cap - 1) & result;
}
}
總結：布隆過濾器是對哈希算法的一種創新，而且需要消耗的空間也很小，錯誤率很低。總之這種創新的思路很值得學習，是一種對bit這種數據類型的運用。