位图:如何实现网页爬虫中的URL去重功能?

问题:网页爬虫是搜索引擎中的非常重要的系统,负责爬取几十亿、上百亿的网页。爬虫的工作原理是,通过解析已经爬取页面中的网页链接,然后再爬取这些链接对应的网页。而同一个网页链接有可能被包含在多个页面中,这就会导致爬虫在爬取的过程中,重复爬取相同的网页。如果你是一名负责爬虫的工程师,你会如何避免这些重复的爬取呢?

解析:
关于搜索引擎爬虫网页去重问题的解决,我们从散列表讲到位图,再讲到布隆过滤器。布隆过滤器非常适合这种不需要 100% 准确的、允许存在小概率误判的大规模判重场景。除了爬虫网页去重这个例子,还有比如统计一个大型网站的每天的 UV 数,也就是每天有多少用户访问了网站,我们就可以使用布隆过滤器,对重复访问的用户进行去重。我们前面讲到,布隆过滤器的误判率,主要跟哈希函数的个数、位图的大小有关。当我们往布隆过滤器中不停地加入数据之后,位图中不是 true 的位置就越来越少了,误判率就越来越高了。所以,对于无法事先知道要判重的数据个数的情况,我们需要支持自动扩容的功能。当布隆过滤器中,数据个数与位图大小的比例超过某个阈值的时候,我们就重新申请一个新的位图。后面来的新数据,会被放置到新的位图中。但是,如果我们要判断某个数据是否在布隆过滤器中已经存在,我们就需要查看多个位图,相应的执行效率就降低了一些。位图、布隆过滤器应用如此广泛,很多编程语言都已经实现了。比如 Java 中的 BitSet 类就是一个位图,Redis 也提供了 BitMap 位图类,Google 的 Guava 工具包提供了 BloomFilter 布隆过滤器的实现。

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