1. 簡介

布隆過濾器是防止緩存穿透的方案之一。布隆過濾器主要是解決大規模數據下不需要精確過濾的業務場景，如檢查垃圾郵件地址，爬蟲URL地址去重， 解決緩存穿透問題等。

布隆過濾器：在一個存在一定數量的集合中過濾一個對應的元素，判斷該元素是否一定不在集合中或者可能在集合中。它的優點是空間效率和查詢時間都比一般的算法要好的多，缺點是有一定的誤識別率和刪除困難。

想詳細了解的，可以查看我的另一篇博客Redis-緩存穿透/擊穿/雪崩。

2. guava 實現

google的guava工具類已經幫我們造好了輪子，通過實例來感受一下。

2.1 導入依賴

<dependency>
   <groupId>com.google.guava</groupId>
   <artifactId>guava</artifactId>
   <version>30.1.1-jre</version>
</dependency>

2.2 BloomFilterTest

import com.google.common.hash.BloomFilter;
import com.google.common.hash.Funnels;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

/**
 * 布隆過濾器簡單實現
 * @author ludangxin
 * @date 2021/8/16
 */
@Slf4j
public class BloomFilterTest {
   /**
    * 預計要插入元素個數
    */
   private static final int SIZE = 1000000;
   /**
    * 誤判率
    */
   private static final double FPP = 0.01;
   /**
    * 布隆過濾器
    */
   private static final BloomFilter<Integer> BLOOMFILTER = BloomFilter.create(Funnels.integerFunnel(), SIZE, FPP);

   public static void main(String[] args) {
      //插入數據
      for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
         BLOOMFILTER.put(i);
      }
      int count = 0;
      // 過濾判斷
      for (int i = 1000000; i < 3000000; i++) {
         if (BLOOMFILTER.mightContain(i)) {
            count++;
            log.info(i + "誤判了");
         }
      }
      log.info("總共的誤判數:" + count);
   }
}

2.3 啟動測試

如上代碼，我們設置了0.01的誤差，過濾判斷時從1000000到3000000，誤判了2 * 20000000 ≈ 20339 符合預期。

.....
21:40:21.529 [main] INFO com.ldx.redisson.controller.BloomFilterTest - 2999004誤判了
21:40:21.529 [main] INFO com.ldx.redisson.controller.BloomFilterTest - 2999045誤判了
21:40:21.529 [main] INFO com.ldx.redisson.controller.BloomFilterTest - 2999219誤判了
21:40:21.529 [main] INFO com.ldx.redisson.controller.BloomFilterTest - 2999699誤判了
21:40:21.529 [main] INFO com.ldx.redisson.controller.BloomFilterTest - 2999753誤判了
21:40:21.529 [main] INFO com.ldx.redisson.controller.BloomFilterTest - 2999838誤判了
21:40:21.529 [main] INFO com.ldx.redisson.controller.BloomFilterTest - 2999923誤判了
21:40:21.529 [main] INFO com.ldx.redisson.controller.BloomFilterTest - 2999928誤判了
21:40:21.529 [main] INFO com.ldx.redisson.controller.BloomFilterTest - 總共的誤判數:20339

2.4 小節

guava的工具包雖然好用，但是數據集是存儲在jvm中的，分布式環境下依然沒法使用。

3. redisson 實現

3.1 導入依賴

<dependency>
   <groupId>org.redisson</groupId>
   <artifactId>redisson-spring-boot-starter</artifactId>
   <version>3.16.1</version>
</dependency>

3.2 BloomFilterWithRedisson

import lombok.RequiredArgsConstructor;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.redisson.api.RBloomFilter;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

/**
 * redisson 布隆過濾器實現
 *
 * @author ludangxin
 * @date 2021/8/16
 */
@Slf4j
@RestController
@RequestMapping("bloomFilter")
@RequiredArgsConstructor
public class BloomFilterWithRedisson {
   private final RedissonClient redissonClient;

   /**
    * 預計要插入元素個數
    */
   private static final long SIZE = 1000000L;
   /**
    * 誤判率
    */
    private static final double FPP = 0.01;

   /**
    * 自定義布隆過濾器的 key
    */
   private static final String BLOOM_FILTER_KEY = "bloomFilter";

   /**
    * 向布隆過濾器中添加數據, 模擬向布隆過濾器中添加10億個數據
    */
   @GetMapping
   public void filter() {
     // 獲取布隆過濾器
      RBloomFilter<Integer> bloomFilter = redissonClient.getBloomFilter(BLOOM_FILTER_KEY);
      // 初始化，容量為100萬， 誤判率為0.01
      bloomFilter.tryInit(SIZE, FPP);
      // 模擬向布隆過濾器中添加100萬個數據
      for (int i = 0; i < SIZE; i++) {
          bloomFilter.add(i);
      }
      int count = 0;
      // 過濾判斷
      for (int i = 1000000; i < 3000000; i++) {
         if (bloomFilter.contains(i)) {
            count++;
            log.info(i + "誤判了");
         }
      }
      log.info("size:" + bloomFilter.getSize());
      log.info("總共的誤判數:" + count);
   }
}

3.3 啟動測試

由于機器性能有限，又是單機環境，所以程序沒有跑完。

但由此也可以看出，基于redis的布隆過濾器雖然解決了分布式問題，但是性能和guava bloomfilter沒法比。