在Java中，要实现布隆过滤器（Bloom Filter）的方式有很多种，除了上一节中通过jedis包调用安装了布隆过滤器的redis外，还有以下几种常见的实现方式：
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手写布隆过滤器
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基于guava包实现
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通过redis的bitmaps实现
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基于redisson包实现
手写布隆过滤器
手写一个布隆过滤器的源代码：
package com.morris.redis.demo.bloomfilter;
import java.util.BitSet;
/**
* 手写一个布隆过滤器
*/
public class MyBloomFilter {
// 位数组的大小
private static final int DEFAULT_SIZE = 2 << 24;
// 哈希函数种子
private static final int[] seeds = {3, 5, 7, 11, 13, 31, 37, 61};
// 位数组
private final BitSet bits = new BitSet(DEFAULT_SIZE);
// 哈希函数数组
private final SimpleHash[] func = new SimpleHash[seeds.length];
// 初始化哈希函数
public MyBloomFilter() {
for (int i = 0; i < seeds.length; i++) {
func[i] = new SimpleHash(DEFAULT_SIZE, seeds[i]);
}
}
// 添加元素
public void add(String value) {
for (SimpleHash f : func) {
bits.set(f.hash(value), true);
}
}
// 判断元素是否存在（可能误判）
public boolean contains(String value) {
boolean ret = true;
for (SimpleHash f : func) {
ret = ret && bits.get(f.hash(value));
if (!ret) return false;
}
return true;
}
// 静态内部类，实现简单的哈希函数
private static class SimpleHash {
private final int cap;
private final int seed;
public SimpleHash(int cap, int seed) {
this.cap = cap;
this.seed = seed;
}
public int hash(String value) {
int h = 0;
int len = value.length();
for (int i = 0;i < len;i++){
h = seed * h + value.charAt(i);
}
return (cap - 1) & h;
}
}
}
手写一个布隆过滤器的使用：
package com.morris.redis.demo.bloomfilter;
/**
* 手写一个布隆过滤器的使用
*/
public class MyBloomFilterDemo {
public static void main(String[] args) {
MyBloomFilter filter = new MyBloomFilter();
filter.add("hello");
System.out.println(filter.contains("hello")); // true
System.out.println(filter.contains("world")); // 可能为false，也可能为误判的true
}
}
基于guava包实现
先添加maven依赖：
<!-- https://mvnrepository.com/artifact/com.google.guava/guava -->
<dependency>
<groupId>com.google.guava</groupId>
<artifactId>guava</artifactId>
<version>33.3.1-jre</version>
</dependency>
guava包中布隆过滤器的使用源码如下：
package com.morris.redis.demo.bloomfilter;
import com.google.common.hash.BloomFilter;
import com.google.common.hash.Funnels;
import java.nio.charset.Charset;
/**
* guava包中布隆过滤器的使用
*/
public class GuavaBloomFilterDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建布隆过滤器对象
BloomFilter<String> bloomFilter = BloomFilter.create(Funnels.stringFunnel(Charset.defaultCharset()), 10000, 0.001);
bloomFilter.put("10080");
bloomFilter.put("10081");
bloomFilter.put("10082");
bloomFilter.put("10083");
bloomFilter.put("10084");
bloomFilter.put("10085");
bloomFilter.put("10086");
System.out.println(bloomFilter.mightContain("10086")); // true
System.out.println(bloomFilter.mightContain("10089")); // false
}
}
通过redis的bitmaps实现
使用redis的bitmaps实现布隆过滤器源码如下：
package com.morris.redis.demo.bloomfilter;
import com.google.common.hash.HashCode;
import com.google.common.hash.HashFunction;
import com.google.common.hash.Hashing;
import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.Pipeline;
import redis.clients.jedis.Response;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
* 使用redis的bitmaps实现布隆过滤器
*/
public class RedisBloomFilter {
private final Jedis jedis;
private final String redisKey;
private final int bitArraySize;
private final int hashCount;
private final int[] hashSeeds;
/**
* 构造布隆过滤器
*
* @param redisHost Redis主机地址
* @param redisPort Redis端口
* @param redisKey 存储位数组的Redis键
* @param expectedElements 预期元素数量
* @param falsePositiveRate 可接受的误判率（0.0到1.0之间）
*/
public RedisBloomFilter(String redisHost, int redisPort, String redisKey,
int expectedElements, double falsePositiveRate) {
this.jedis = new Jedis(redisHost, redisPort);
this.redisKey = redisKey;
this.bitArraySize = calculateOptimalSize(expectedElements, falsePositiveRate);
this.hashCount = calculateOptimalHashCount(bitArraySize, expectedElements);
this.hashSeeds = generateHashSeeds(hashCount);
}
// 计算最优位数组大小
private int calculateOptimalSize(int n, double p) {
return (int) Math.ceil(-n * Math.log(p) / (Math.log(2) * Math.log(2)));
}
// 计算最优哈希函数数量
private int calculateOptimalHashCount(int m, int n) {
return Math.max(1, (int) Math.round((double) m / n * Math.log(2)));
}
// 生成哈希种子（简单实现，实际可能需要更复杂的种子）
private int[] generateHashSeeds(int count) {
int[] seeds = new int[count];
for (int i = 0; i < count; i++) {
seeds[i] = 31 * (i + 1); // 使用质数生成种子
}
return seeds;
}
/**
* 添加元素到布隆过滤器
*
* @param element 要添加的元素
*/
public void add(String element) {
byte[] bytes = element.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
try (Pipeline pipeline = jedis.pipelined()) {
for (int seed : hashSeeds) {
long hash = murmurHash(bytes, seed);
long bitOffset = (hash & Long.MAX_VALUE) % bitArraySize;
pipeline.setbit(redisKey, bitOffset, true);
}
pipeline.sync();
}
}
/**
* 检查元素是否存在
*
* @param element 要检查的元素
* @return true表示可能存在，false表示一定不存在
*/
public boolean mightContain(String element) {
byte[] bytes = element.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
List<Long> offsets = new ArrayList<>(hashSeeds.length);
// 计算所有位偏移量
for (int seed : hashSeeds) {
long hash = murmurHash(bytes, seed);
long bitOffset = (hash & Long.MAX_VALUE) % bitArraySize;
offsets.add(bitOffset);
}
// 使用管道批量查询
try (Pipeline pipeline = jedis.pipelined()) {
List<Response<Boolean>> responses = new ArrayList<>();
for (Long offset : offsets) {
responses.add(pipeline.getbit(redisKey, offset));
}
pipeline.sync();
// 检查所有位是否都为1
for (Response<Boolean> response : responses) {
if (!response.get()) {
return false;
}
}
return true;
}
}
// 使用MurmurHash3算法计算哈希值
private long murmurHash(byte[] data, int seed) {
HashFunction hashFunction = Hashing.murmur3_128(seed);
HashCode hashCode = hashFunction.hashBytes(data);
return hashCode.asLong();
}
/**
* 关闭Redis连接
*/
public void close() {
jedis.close();
}
}
使用redis的bitmaps实现布隆过滤器的使用：
package com.morris.redis.demo.bloomfilter;
/**
* 使用redis的bitmaps实现布隆过滤器 的使用
*/
public class RedisBloomFilterDemo {
public static void main(String[] args) {
// 示例用法
RedisBloomFilter filter = new RedisBloomFilter("localhost", 6379, "myBloomFilter", 1000000, 0.01);
filter.add("hello");
System.out.println(filter.mightContain("hello")); // true
System.out.println(filter.mightContain("world")); // 可能为false，也可能为误判的true
filter.close();
}
}
基于redisson包实现
先添加maven依赖：
<dependency>
<groupId>org.redisson</groupId>
<artifactId>redisson</artifactId>
<version>3.23.4</version>
</dependency>
Redisson包中布隆过滤器的使用：
package com.morris.redis.demo.bloomfilter;
import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.api.RBloomFilter;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.config.Config;
/**
* redisson包中布隆过滤器的使用
*/
public class RedissonBloomFilterDemo {
public static void main(String[] args) {
// 配置Redisson客户端
Config config = new Config();
config.useSingleServer()
.setAddress("redis://127.0.0.1:6379");
// 创建Redisson客户端实例
RedissonClient redisson = Redisson.create(config);
// 获取或创建布隆过滤器
RBloomFilter<String> bloomFilter = redisson.getBloomFilter("userEmails");
// 初始化布隆过滤器（重要！）
// expectedInsertions: 预期插入数量
// falseProbability: 误判率（0.0-1.0）
bloomFilter.tryInit(1000000L, 0.01);
// 添加元素
bloomFilter.add("user1@example.com");
bloomFilter.add("user2@example.com");
// 检查元素是否存在
System.out.println(bloomFilter.contains("user1@example.com")); // true
System.out.println(bloomFilter.contains("unknown@test.com")); // false
// 关闭客户端
redisson.shutdown();
}
}
布隆过滤器的配置会在redis中生成一个key：
127.0.0.1:6379> hgetall {userEmails}:config
1) "size"
2) "9585058"
3) "hashIterations"
4) "7"
5) "expectedInsertions"
6) "1000000"
7) "falseProbability"
8) "0.01"
