在海量数据如何确定一个值是否存在?这是一道非常经典的面试场景题。
那怎么回答这个问题呢?接下来咱们就详细的聊一聊。
参考答案
判断一个值是否存在?通常有以下两种解决方案:
相同点和不同点
它们两的相同点是:它们都存在误判的情况。例如,使用哈希表时,不同元素的哈希值可能相同,所以这样就产生误判了;而布隆过滤器的特征是,当布隆过滤器说,某个数据存在时,这个数据可能不存在;当布隆过滤器说,某个数据不存在时,那么这个数据一定不存在。
它们两的区别主要有以下几点:
结论
哈希表和布隆过滤器都能实现判重,但它们都会存在误判的情况,但布隆过滤器存储占用的空间更小,更适合海量数据的判重。
布隆过滤器实现原理
布隆过滤器的实现,主要依靠的是它数据结构中的一个位数组,每次存储键值的时候,不是直接把数据存储在数据结构中,因为这样太占空间了,它是利用几个不同的无偏哈希函数,把此元素的 hash 值均匀的存储在位数组中,也就是说,每次添加时会通过几个无偏哈希函数算出它的位置,把这些位置设置成 1 就完成了添加操作。
当进行元素判断时,查询此元素的几个哈希位置上的值是否为 1,如果全部为 1,则表示此值存在,如果有一个值为 0,则表示不存在。因为此位置是通过 hash 计算得来的,所以即使这个位置是 1,并不能确定是那个元素把它标识为 1 的,因此布隆过滤器查询此值存在时,此值不一定存在,但查询此值不存在时,此值一定不存在。
并且当位数组存储值比较稀疏的时候,查询的准确率越高,而当位数组存储的值越来越多时,误差也会增大。
位数组和 key 之间的关系,如下图所示:
如何实现布隆过滤器?
布隆过滤器的实现通常有以下两种方案:
Guava 实现布隆过滤器
使用 Google Guava 库实现布隆过滤器总共分为以下两步:
具体实现如下。
① 引入 Guava 依赖
com.google.guava
guava
② 使用 Guava API
import com.google.common.hash.BloomFilter;
import com.google.common.hash.Funnels;
public class BloomFilterExample {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个布隆过滤器,设置期望插入的数据量为10000,期望的误判率为0.01
BloomFilter bloomFilter = BloomFilter.create(Funnels.unencodedCharsFunnel(), 10000, 0.01);
// 向布隆过滤器中插入数据
bloomFilter.put("data1");
bloomFilter.put("data2");
bloomFilter.put("data3");
// 查询元素是否存在于布隆过滤器中
System.out.println(bloomFilter.mightContain("data1")); // true
System.out.println(bloomFilter.mightContain("data4")); // false
}
}
在上述示例中,我们通过 BloomFilter.create() 方法创建一个布隆过滤器,指定了元素序列化方式、期望插入的数据量和期望的误判率。然后,我们可以使用 put() 方法向布隆过滤器中插入数据,使用 mightContain() 方法来判断元素是否存在于布隆过滤器中。
小结
在海量数据如何确定一个值是否存在?通常有两种解决方案:哈希表和布隆过滤器,而它们两都存在误判的情况,但布隆过滤器更适合海量数据的判断,因为它占用的数据空间更小。布隆过滤器的特征是:当布隆过滤器说,某个数据存在时,这个数据可能不存在;当布隆过滤器说,某个数据不存在时,那么这个数据一定不存在。