布隆过滤器（Bloom Filter）是一种用于快速判断一个元素是否属于某个集合的概率型数据结构。它基于哈希函数和位数组实现，可以高效地检索一个元素是否存在，但不提供元素具体的存储和获取功能。

布隆过滤器原理

上面的思路其实就是布隆过滤器的思想，只不过因为 hash 函数的限制，多个字符串很可能会 hash 成一个值。为了解决这个问题，布隆过滤器引入多个 hash 函数来降低误判率。

下图表示有三个 hash 函数，比如一个集合中有 x，y，z 三个元素，分别用三个 hash 函数映射到二进制序列的某些位上，假设我们判断 w 是否在集合中，同样用三个 hash 函数来映射，结果发现取得的结果不全为 1，则表示 w 不在集合里面。

布隆过滤器处理流程

布隆过滤器应用很广泛，比如垃圾邮件过滤，爬虫的 url 过滤，防止缓存击穿等等。下面就来说说布隆过滤器的一个完整流程，相信读者看到这里应该能明白布隆过滤器是怎样工作的。

第一步：开辟空间

开辟一个长度为 m 的位数组（或者称二进制向量），这个不同的语言有不同的实现方式，甚至你可以用文件来实现。

第二步：寻找 hash 函数

获取几个 hash 函数，前辈们已经发明了很多运行良好的 hash 函数，比如 BKDRHash，JSHash，RSHash 等等。这些 hash 函数我们直接获取就可以了。

第三步：写入数据

将所需要判断的内容经过这些 hash 函数计算，得到几个值，比如用 3 个 hash 函数，得到值分别是 1000，2000，3000。之后设置 m 位数组的第 1000，2000，3000 位的值位二进制 1。

第四步：判断

接下来就可以判断一个新的内容是不是在我们的集合中。判断的流程和写入的流程是一致的。

在PHP中如何使用

在PHP中，可以使用BloomFilter扩展库或自行实现布隆过滤器。下面我将介绍两种方法。

1. 使用BloomFilter扩展库

PHP中有一些第三方扩展库提供了布隆过滤器的功能。其中比较常用的是phpbloomd扩展，它提供了对布隆过滤器的支持。你可以按照该扩展库的文档进行安装和使用。

示例代码如下：

1. // 创建一个布隆过滤器 
2. $filter = new BloomFilter(); 
3. // 向过滤器添加元素 
4. $filter->add("element1"); 
5. $filter->add("element2"); 
6. $filter->add("element3"); 
7. // 检查元素是否存在于过滤器中 
8. if ($filter->has("element1")) { 
9.     echo "Element 1 may exist."; 
10. } else { 
11.     echo "Element 1 does not exist."; 
12. } 

2. 自行实现布隆过滤器

如果你不想使用第三方扩展库，也可以自行实现布隆过滤器。下面是一个简单的自实现布隆过滤器的示例代码：

1. class BloomFilter { 
2.     private $bitArray; 
3.     private $hashFunctions; 
4.     public function __construct($size, $numHashFunctions) { 
5.         $this->bitArray = array_fill(0, $size, false); 
6.         $this->hashFunctions = $numHashFunctions; 
7.     } 
8.     private function hash($value) { 
9.         $hashes = []; 
10.         $hash1 = crc32($value); 
11.         $hash2 = fnv1a32($value); 
12.         for ($i = 0; $i < $this->hashFunctions; $i++) { 
13.             $hashes[] = ($hash1 + $i * $hash2) % count($this->bitArray); 
14.         } 
15.         return $hashes; 
16.     } 
17.     public function add($value) { 
18.         $hashes = $this->hash($value); 
19.         foreach ($hashes as $hash) { 
20.             $this->bitArray[$hash] = true; 
21.         } 
22.     } 
23.     public function has($value) { 
24.         $hashes = $this->hash($value); 
25.         foreach ($hashes as $hash) { 
26.             if (!$this->bitArray[$hash]) { 
27.                 return false; 
28.             } 
29.         } 
30.         return true; 
31.     } 
32. } 
33. // 创建一个布隆过滤器 
34. $filter = new BloomFilter(100, 3); 
35. // 向过滤器添加元素 
36. $filter->add("element1"); 
37. $filter->add("element2"); 
38. $filter->add("element3"); 
39. // 检查元素是否存在于过滤器中 
40. if ($filter->has("element1")) { 
41.     echo "Element 1 may exist."; 
42. } else { 
43.     echo "Element 1 does not exist."; 
44. }

Tags: PHP布隆过滤器

分享到：