Redis布隆过滤器详解

一、前言

布隆过滤器（Bloom Filter）是 Redis 4.0 版本提供的新功能，它被作为插件加载到 Redis 服务器中，给 Redis 提供强大的去重功能。

相比于 Set 集合的去重功能而言，布隆过滤器在空间上能节省 90% 以上，但是它的不足之处是去重率大约在 99% 左右，也就是说有 1% 左右的误判率，这种误差是由布隆过滤器的自身结构决定的。俗话说“鱼与熊掌不可兼得”，如果想要节省空间，就需要牺牲 1% 的误判率，而且这种误判率，在处理海量数据时，几乎可以忽略。

二、RedisBloom 安装与使用

（1）第一步：安装Redis

关于Linux当中redis的安装：https://blog.csdn.net/weixin_43888891/article/details/125830622

（2）第二步：安装RedisBloom

在 Redis 4.0 版本之后，布隆过滤器才作为插件被正式使用。布隆过滤器需要单独安装，可以去GitHub，找到对应的版本下载，链接：https://github.com/RedisBloom/RedisBloom/releases，下载后再通过xftp上传到Linux系统里，当然也可以直接通过wget来下载。

这里注意我下载的2.2.18版本，最新版本2.6我没有用，原因是make编译的时候会报异常。

# 下载
wget https://codeload.github.com/RedisBloom/RedisBloom/tar.gz/refs/tags/v2.2.18
# 解压
tar -zxvf v2.2.18

在这里插入图片描述

# 进入到解压目录
cd RedisBloom-2.2.18/
# 编译
make

编译成功，可以看到redisbloom.so文件

在这里插入图片描述

（3）第三步：Redis集成RedisBloom插件

在redis.conf配置文件中加入如RedisBloom的redisbloom.so文件的地址

# vim查看redis.conf
vim /opt/redis-stable/redis.conf
# 在文件后面加上如下配置
loadmodule /opt/RedisBloom-2.2.18/redisbloom.so

（4）第四步：重启Redis进行测试

# 关闭redis
ps -ef | grep redis | awk -F" " '{print $2;}' | xargs kill -9
# 启动redis
/opt/redis-stable/src/redis-server redis.conf
# 连接客户端
/opt/redis-stable/src/redis-cli -c -h 127.0.0.1 -p 6379 -a 123456

在这里插入图片描述

三、RedisBloom 常用命令汇总

在这里插入图片描述

127.0.0.1:6379> bf.add spider:url www.baidu.net
(integer) 1
127.0.0.1:6379> bf.exists spider:url www.baidu.net
(integer) 1
127.0.0.1:6379> bf.madd spider:url www.taobao.com www.123qq.com
1) (integer) 1
2) (integer) 1
127.0.0.1:6379> bf.mexists spider:url www.jd.com www.taobao.com
1) (integer) 0
2) (integer) 1

注意使用AnotherRedisDesktopManager客户端是没办法查看该数据类型的值的。

在这里插入图片描述

四、通过 Jedis 使用 RedisBloom

Java 客户端 Jedis没有提供指令扩展机制，所以你无法直接使用 Jedis 来访问Redis Module 提供的 bf.xxx 指令。RedisLabs 提供了一个单独的包 JReBloom，但是它是基于 Jedis的。

我们使用的话只需要引入JReBloom就可以，JReBloom内部引用了Jedis 。假如系统引用了jedis，又要引用jrebloom，这时候需要注意版本冲突的问题。

<dependency>
	<groupId>redis.clients</groupId>
	<artifactId>jedis</artifactId>
	<version>3.9.0</version>
</dependency>

<dependency>
	<groupId>com.redislabs</groupId>
	<artifactId>jrebloom</artifactId>
	<version>2.2.2</version>
</dependency>

代码示例：

import io.rebloom.client.Client;
import redis.clients.jedis.Jedis;

public class JrebloomDemo {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        //连接本地的 Redis 服务
        Jedis jedis = new Jedis("192.168.115.239", 6379);
        //jedis.auth("123456");
        //创建client也支持连接池的:public Client(Pool<Jedis> pool)
        Client client = new Client(jedis);

        // 测试数据
        int capacity = 10000;
        // 容错率,只能设置0 < error rate range < 1  不然直接会异常！
        double errorRate = 0.01;
        // 测试的key值
        String key = "ceshi";
        // 创建过滤器:可以创建指定位数和容错率的布隆过滤器,如果过滤器已经存在创建的话就会异常
        if (!jedis.exists(key)) {
    
    
            client.createFilter(key, capacity, errorRate);
        }
        for (int i = 0; i < capacity; i++) {
    
    
            client.bfInsert(key, String.valueOf(i));
        }
        System.out.println("存入元素为=={" + capacity + "}");
        // 统计误判次数
        int count = 0;
        // 我在数据范围之外的数据，测试相同量的数据，判断错误率是不是符合我们当时设定的错误率
        for (int i = capacity; i < capacity * 2; i++) {
    
    
            if (client.exists(key, String.valueOf(i))) {
    
    
                count++;
            }
        }
        System.out.println("误判元素为=={" + count + "}");
        // 删除过滤器
        client.delete(key);
    }
}

运行示例：

在这里插入图片描述

现在存在个问题，假如我们redis并没有安装RedisBloom，那他可以运行吗？

答案是不可以的，他根本无法识别bf.xxx 指令

在这里插入图片描述

错误率越低，所需要的空间也会越大，因此就需要我们尽可能精确的估算元素数量，避免空间的浪费。我们也要根据具体的业务来确定错误率的许可范围，对于不需要太精确的业务场景，错误率稍微设置大一点也可以。

查看刚刚创建的过滤器：这个数据结构不支持get查询。

在这里插入图片描述

五、Redisson 封装的布隆过滤器

Redisson布隆过滤器官网介绍

引入依赖：

<dependency>
	<groupId>org.redisson</groupId>
	<artifactId>redisson</artifactId>
	<version>3.22.1</version>
</dependency>

代码示例：

import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.api.RBloomFilter;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.config.Config;

public class RedissonBloomFilter {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        Config config = new Config();
        config.useSingleServer()
                .setAddress("redis://127.0.0.1:6379")
                //.setPassword("123456")
                .setDatabase(0);
        //获取客户端
        RedissonClient redissonClient = Redisson.create(config);
        // 测试数据
        int capacity = 10000;
        // 容错率,只能设置0 < error rate range < 1  不然直接会异常！
        double errorRate = 0.01;
        // 测试的key值
        String key = "ceshi";

        RBloomFilter<String> bloomFilter = redissonClient.getBloomFilter(key);
        // 初始化布隆过滤器，预计统计元素数量为10000，期望误差率为0.01
        bloomFilter.tryInit(capacity, errorRate);
        for (long i = 0; i < capacity; i++) {
    
    
            bloomFilter.add(String.valueOf(i));
        }
        System.out.println("存入元素为=={" + capacity + "}");

        // 统计误判次数
        int count = 0;
        // 我在数据范围之外的数据，测试相同量的数据，判断错误率是不是符合我们当时设定的错误率
        for (int i = capacity; i < capacity * 2; i++) {
    
    
            if (bloomFilter.contains(String.valueOf(i))) {
    
    
                count++;
            }
        }
        System.out.println("误判元素为=={" + count + "}");
        // 删除过滤器
        // bloomFilter.delete();
    }
}

运行结果：

通过运行结果不难发现，同样是10000数据，和0.01容错，Redisson 实现的布隆过滤器明显没有基于RedisBloom的过滤器容错率好。

在这里插入图片描述

查看刚刚创建的过滤器：

在这里插入图片描述

六、使用哪种方式的过滤器比较好？

RedisBloom和Redisson实现的过滤器区别：

数据结构： RedisBloom相当于为了实现过滤器而新增了一个数据结构，而Redisson是基于redis原有的bitmap位图数据结构来通过硬编码实现的过滤器。
存储： 存储两者其实并没有差距，都没有存储原数据，我使用Redisson存储了10000条数据然后设置的0.01容错占用了11.7kb也符合布隆过滤器的占用。
容错： 同样是10000条数据0.01容错，RedisBloom误判元素是58，Redisson实现的是227。
耦合度： 使用RedisBloom就需要安装RedisBloom，如果不安装RedisBloom程序直接就不能使用了，而使用Redisson他只依赖于redis。
分片： RedisBloom只是redis一种数据结构，本身redis集群就是支持分片的，所以RedisBloom肯定也没问题，Redisson的布隆过滤器也支持分片，但是需要付费。
性能： 使用 redis 的位图来实现的布隆过滤器性能上要差不少。比如一次 exists 查询会涉及到多次 getbit 操作，网络开销相比而言会高出不少。

综上比较，个人建议使用RedisBloom比较好一点！