概述

布隆过滤器的作用是加快判定一个元素是否在集合中出现的方法。因为其主要是过滤掉了大部分元素间的精确匹配，故称为过滤器。

其应用场景为需要频繁在一个海量的集合中查找某个元素是否存在。并且通常，这个值是不在集合中的。比如Google chrome用此方法检查一个url是否在恶意url库中。

举个例子：

假设有一些字符串，假设有一个字符串a，要在集合B中查找其是否在集合B中。最笨的方法是遍历集合B中的每个元素bi，精确匹配a是否等于bi。若集合B中有N个元素，则最坏情况下需要执行N次精确匹配。

一个改进的方法是将a和B中每个字符串按照特定规则映射为数字，称为hash值。规则可以任意设置。比如取各字符串的首字母和尾字母的编码之乘积，取奇数个字符的编码执行异或，等。将比较字符串问题变成一个比较数字的问题。比较字符串需要从头到尾比较，而数字的比较会快很多。

需要注意的是，当两个字符串相同时，采用相同的映射规则得到的数字一定相同。但当两个字符串不同时，得到的字符串不一定不同。所以，当我们发现两个字符串的hash值相同时，两个字符串不一定相同，所以需要进一步去精确匹配两个字符串是否相同。但采用hash值方法已经能够过滤掉一部分以前需要精确匹配的计算量。仅当hash值相同（假设hash值通过字符串首尾字母计算得来，则当两个字符串首尾字母相同时hash值相同）时才去比较字符串本身。若选择hash值合理，则性能将大幅提高。

布隆过滤器通过将一个字符串使用多个不同的hash值计算方法，映射为多个不同的hash值，当所有这些hash值完全相同时，才认为两个字符串相同。从而进一步降低了放生hash值相同的可能性，从而进一步提高了过滤的性能。

下面是布隆过滤器的简单实现，算法使用了md5值来生成n个不同的hash值

public class BloomFilter {
    public static final int NUM_SLOTS=1024*1024*8;
    public static final int NUM_HASH=8;
    private BigInteger bitmap = new BigInteger("0");

    public static void main(String[] args) {
        //测试代码
        BloomFilter bf = new BloomFilter();
        ArrayList<String> contents = new ArrayList<>();
        contents.add("sldkjelsjf");
        contents.add("ggl;ker;gekr");
        contents.add("wieoneomfwe");
        contents.add("sldkjelsvrnlkjf");
        contents.add("ksldkflefwefwefe");

        for(int i=0;i<contents.size();i++){
            bf.addElement(contents.get(i));
        }
        System.out.println(bf.check("sldkjelsvrnlkjf"));
        System.out.println(bf.check("sldkjelsvrnkjf"));
    }

    private int getHash(String message,int n){
        try {
            MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("md5");
            message  = message +String.valueOf(n);
            byte[] bytes = message.getBytes();
            md5.update(bytes);
            BigInteger bi = new BigInteger(md5.digest());

            return Math.abs(bi.intValue())%NUM_SLOTS;
        } catch (NoSuchAlgorithmException ex) {
            Logger.getLogger(BloomFilter.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
        }
        return -1;
    }

    public void addElement(String message){
        for(int i=0;i<NUM_HASH;i++){
            int hashcode = getHash(message,i);
            if(!bitmap.testBit(hashcode)){
                bitmap = bitmap.or(new BigInteger("1").shiftLeft(hashcode));
            }
        }

    }

    public boolean check(String message){
        for(int i=0;i<NUM_HASH;i++){
            int hashcode = getHash(message,i);
            if(!this.bitmap.testBit(hashcode)){
                return false;
            }
        }
        return true;
    }
}