lucene入门篇

xuehanxin

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山宏涛

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lucene 全文检索 Apache 搜索引擎数据结构

最近由于一个项目用到了搜索，研究了lucene,把我的学习经过总结一下，希望大家少走弯路。

luncene基本概念：

    lucence是一个很容易上手,纯java语言的全文索引检索工具包。
    Lucene的作者是资深的全文索引/检索专家，最开始发布在他本人的主页上，2001年10月贡献给APACHE，成为APACHE基金jakarta的一个子项目。
    目前，lucene广泛用于全文索引/检索的项目中。

Lucene 原理
lucene的检索算法属于索引检索，即用空间来换取时间，对需要检索的文件、字符流进行全文索引，在检索的时候对索引进行快速的检索，得到检索位置，这个位置记录检索词出现的文件路径或者某个关键词。

在使用数据库的项目中，不使用数据库进行检索的原因主要是：数据库在非精确查询的时候使用查询语言“like %keyword%”，对数据库进行查询是对所有记录遍历，并对字段进行“%keyword%”匹配，在数据库的数据庞大以及某个字段存储的数据量庞大的时候，这种遍历是致命的，它需要对所有的记录进行匹配查询。因此，lucene主要适用于文档集的全文检索，以及海量数据库的模糊检索，特别是对数据库的 xml或者大数据的字符类型。

全文检索的实现机制

Lucene的API接口设计的比较通用，输入输出结构都很像数据库的表==>记录==>字段，所以很多传统的应用的文件、数据库等都可以比较方便的映射到Lucene的存储结构/接口中。总体上看：可以先把Lucene当成一个支持全文索引的数据库系统 。

Lucene作为一个全文检索引擎，其具有如下突出的优点：

（1）索引文件格式独立于应用平台。 Lucene定义了一套以8位字节为基础的索引文件格式，使得兼容系统或者不同平台的应用能够共享建立的索引文件。
　　（2）在传统全文检索引擎的倒排索引的基础上，实现了分块索引 ，能够针对新的文件建立小文件索引，提升索引速度。然后通过与原有索引的合并，达到优化的目的。
　　（3）优秀的面向对象的系统架构 ，使得对于Lucene扩展的学习难度降低，方便扩充新功能。
　　（4）设计了独立于语言和文件格式的文本分析接口 ，索引器通过接受Token流完成索引文件的创立，用户扩展新的语言和文件格式，只需要实现文本分析的接口。
　　（5）已经默认实现了一套强大的查询引擎 ，用户无需自己编写代码即使系统可获得强大的查询能力，Lucene的查询实现中默认实现了布尔操作、模糊查询（Fuzzy Search[11]）、分组查询等等。

建立索引

为了对文档进行索引，Lucene 提供了五个基础的类，他们分别是 Document, Field, IndexWriter, Analyzer, Directory。下面我们分别介绍一下这五个类的用途：

Document

Document 是用来描述文档的，这里的文档可以指一个 HTML 页面，一封电子邮件，或者是一个文本文件。一个 Document 对象由多个 Field 对象组成的。可以把一个 Document 对象想象成数据库中的一个记录，而每个 Field 对象就是记录的一个字段。

Field

Field 对象是用来描述一个文档的某个属性的，比如一封电子邮件的标题和内容可以用两个 Field 对象分别描述。

Analyzer

在一个文档被索引之前，首先需要对文档内容进行分词处理，这部分工作就是由 Analyzer 来做的。Analyzer 类是一个抽象类，它有多个实现。针对不同的语言和应用需要选择适合的 Analyzer。Analyzer 把分词后的内容交给 IndexWriter 来建立索引。

IndexWriter

IndexWriter 是 Lucene 用来创建索引的一个核心的类，他的作用是把一个个的 Document 对象加到索引中来。

Directory

这个类代表了 Lucene 的索引的存储的位置，这是一个抽象类，它目前有两个实现，第一个是 FSDirectory，它表示一个存储在文件系统中的索引的位置。第二个是 RAMDirectory，它表示一个存储在内存当中的索引的位置。

熟悉了建立索引所需要的这些类后，我们就开始对某个目录下面的文本文件建立索引了，清单1给出了对某个目录下的文本文件建立索引的源代码：

搜索文档

利用Lucene进行搜索就像建立索引一样也是非常方便的。在上面一部分中，我们已经为一个目录下的文本文档建立好了索引，现在我们就要在这个索引上进行搜索以找到包含某个关键词或短语的文档。Lucene提供了几个基础的类来完成这个过程，它们分别是呢IndexSearcher, Term, Query, TermQuery, Hits. 下面我们分别介绍这几个类的功能。

Query

这是一个抽象类，他有多个实现，比如TermQuery, BooleanQuery, PrefixQuery. 这个类的目的是把用户输入的查询字符串封装成Lucene能够识别的Query。

Term

Term是搜索的基本单位，一个Term对象有两个String类型的域组成。生成一个Term对象可以有如下一条语句来完成：Term term = new Term(“fieldName”,”queryWord”); 其中第一个参数代表了要在文档的哪一个Field上进行查找，第二个参数代表了要查询的关键词。

TermQuery

TermQuery是抽象类Query的一个子类，它同时也是Lucene支持的最为基本的一个查询类。生成一个TermQuery对象由如下语句完成： TermQuery termQuery = new TermQuery(new Term(“fieldName”,”queryWord”)); 它的构造函数只接受一个参数，那就是一个Term对象。

IndexSearcher

IndexSearcher是用来在建立好的索引上进行搜索的。它只能以只读的方式打开一个索引，所以可以有多个IndexSearcher的实例在一个索引上进行操作。

Hits

Hits是用来保存搜索的结果的。

在系统的D盘的User文件夹里建两个文件夹index,file,file里新建几个文本文件1.txt,2.txt...名字可以随意起，在每个文本里写上一句话保存为utf-8格式这个特别重要，不然搜索的时候会查找不到结果下面是建立索引的类

package test3;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.Reader;
import java.util.Date;

import org.apache.lucene.analysis.standard.StandardAnalyzer;
import org.apache.lucene.document.Document;
import org.apache.lucene.document.Field;
import org.apache.lucene.index.IndexWriter;

public class LuceneIndexTest {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		// 声明一个对象
		LuceneIndexTest indexer = new LuceneIndexTest();
		// 建立索引
		Date start = new Date();
		indexer.writeToIndex();
		Date end = new Date();
		
		System.out.println("建立索引用时" + (end.getTime() - start.getTime()) + "毫秒");

		indexer.close();
	}

	public LuceneIndexTest() {
		try {
			writer = new IndexWriter(Constants.INDEX_STORE_PATH,
					new StandardAnalyzer(), true);
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

	// 索引器
	private IndexWriter writer = null;

	// 将要建立索引的文件构造成一个Document对象，并添加一个域"content"
	private Document getDocument(File f) throws Exception {
		Document doc = new Document();

		FileInputStream is = new FileInputStream(f);
		Reader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
		doc.add(Field.Text("contents", reader));

		doc.add(Field.Keyword("path", f.getAbsolutePath()));
		return doc;
	}

	public void writeToIndex() throws Exception {
		File folder = new File(Constants.INDEX_FILE_PATH);
		if (folder.isDirectory()) {
			String[] files = folder.list();
			for (int i = 0; i < files.length; i++) {
				File file = new File(folder, files[i]);
				Document doc = getDocument(file);
				System.out.println("正在建立索引 : " + file + "");
				writer.addDocument(doc);
			}
		}
	}

	public void close() throws Exception {
		writer.close();
	}

}

下面是搜索的类

package test3;

import java.util.Date;

import org.apache.lucene.analysis.standard.StandardAnalyzer;
import org.apache.lucene.document.Document;
import org.apache.lucene.index.IndexReader;
import org.apache.lucene.queryParser.QueryParser;
import org.apache.lucene.search.Hits;
import org.apache.lucene.search.IndexSearcher;
import org.apache.lucene.search.Query;

public class LuceneSearchTest {

	
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		LuceneSearchTest test = new LuceneSearchTest();
		Hits h = null;
		h = test.search("法院");
		test.printResult(h);
		h = test.search("学院");
		test.printResult(h);
		h = test.search("boy");
		test.printResult(h);
	}

	public LuceneSearchTest() {
		try {
			searcher = new IndexSearcher(IndexReader
					.open(Constants.INDEX_STORE_PATH));
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

	// 声明一个IndexSearcher对象
	private IndexSearcher searcher = null;

	// 声明一个Query对象
	private Query query = null;

	public final Hits search(String keyword) {
		System.out.println("正在检索关键字 : " + keyword);
		try {
			// 将关键字包装成Query对象
			query = QueryParser.parse(keyword, "contents",
					new StandardAnalyzer());

			Date start = new Date();
			Hits hits = searcher.search(query);
			Date end = new Date();
			System.out.println("检索完成，用时" + (end.getTime() - start.getTime()) + "毫秒");
			return hits;
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
			return null;
		}
	}

	public void printResult(Hits h) {
		if (h.length() == 0) {
			System.out.println("对不起，没有找到您要的结果。");
		} 
		else 
		{
			for (int i = 0; i < h.length(); i++) {
				try {
					Document doc = h.doc(i);
					System.out.print("这是第" + i + "个检索到的结果，文件名为：");
					System.out.println(doc.get("path"));
				} catch (Exception e) {
					e.printStackTrace();
				}
			}
		}
		System.out.println("--------------------------");
	}

}

下面是路径类

package test1;


public class Constants {
	public final static String INDEX_FILE_PATH = "d:\\Users\\file";
	public final static String INDEX_STORE_PATH = "d:\\Users\\index";
}

lucene与数据库的对比

Lucene	数据库
索引数据源：doc(field1,field2...) doc(field1,field2...) \ indexer / _____________ \| Lucene Index\| -------------- / searcher \ 结果输出：Hits(doc(field1,field2) doc(field1...))	索引数据源：record(field1,field2...) record(field1..) \ SQL: insert/ _____________ \| DB Index \| ------------- / SQL: select \ 结果输出：results(record(field1,field2..) record(field1...))
Document：一个需要进行索引的“单元” 一个Document由多个字段组成	Record：记录，包含多个字段
Field：字段	Field：字段
Hits：查询结果集，由匹配的Document组成	RecordSet：查询结果集，由多个Record组成