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：
// 创建一个布隆过滤器
$filter = new BloomFilter();
// 向过滤器添加元素
$filter->add("element1");
$filter->add("element2");
$filter->add("element3");
// 检查元素是否存在于过滤器中
if ($filter->has("element1")) {
echo "Element 1 may exist.";
} else {
echo "Element 1 does not exist.";
}
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：
class BloomFilter {
private $bitArray;
private $hashFunctions;
public function __construct($size, $numHashFunctions) {
$this->bitArray = array_fill(0, $size, false);
$this->hashFunctions = $numHashFunctions;
}
private function hash($value) {
$hashes = [];
$hash1 = crc32($value);
$hash2 = fnv1a32($value);
for ($i = 0; $i < $this->hashFunctions; $i++) {
$hashes[] = ($hash1 + $i * $hash2) % count($this->bitArray);
}
return $hashes;
}
public function add($value) {
$hashes = $this->hash($value);
foreach ($hashes as $hash) {
$this->bitArray[$hash] = true;
}
}
public function has($value) {
$hashes = $this->hash($value);
foreach ($hashes as $hash) {
if (!$this->bitArray[$hash]) {
return false;
}
}
return true;
}
}
// 创建一个布隆过滤器
$filter = new BloomFilter(100, 3);
// 向过滤器添加元素
$filter->add("element1");
$filter->add("element2");
$filter->add("element3");
// 检查元素是否存在于过滤器中
if ($filter->has("element1")) {
echo "Element 1 may exist.";
} else {
echo "Element 1 does not exist.";
}
无论是使用扩展库还是自行实现，布隆过滤器在处理大规模数据集合时可以提供高效的元素存在性检查功能，适用于需要快速判断元素是否属于某个集合的场景。
