Lucene 快速入门

Apache Lucene 是一个全文搜索引擎，可以在多种编程语言中应用。本文尝试介绍其核心库的概念并创建一个简单示例。

gradle 依赖

首先解决依赖，读者可以在maven仓库中引用最新版本。

compile "org.apache.lucene:lucene-core:7.2.1" compile "org.apache.lucene:lucene-queryparser:7.2.1"

核心概念

索引

简单地说，lucene使用数据的“反向索引”——不使用从页面至关键字的映射，而是从关键字至页面的映射，就像书后面的词汇表。

通过反向索引可以实现快速搜索响应，因为搜索索引，而不是搜整个文本。

文档(Document)

文档是域的集合，每个域有一个值与之关联。索引通常有一个或多个文档组成，搜索结果是一组最佳匹配的文档。 文档不总是纯文本文档，也可以是数据框表或集合。

域(Field)

文档中有域数据，域一般是键和对应的数据值：

title: Goodness of Tea body: Discussing goodness of drinking herbal tea...

这里的title和body是域，可以单独或以前被搜索。

分析

分析器把文本转换成较小的精确单元，便于搜索。文本通过不同的抽取关键字操作，删除通用词和标点，转换单词至小写形式等。 为此，lucene内置了多种分析器：

StandardAnalyzer – 基于基本语法，删除停顿词，转换至小写，也支持中文分析SimpleAnalyzer – 基于非字母字符分割文本并转换至小写WhiteSpaceAnalyzer – 基于空白字符分割文本 还有其他的分析器，当然也可以自定义。

搜索

一旦建好了索引，我们可以使用Query和IndexSearcher类搜索索引，搜索结果集包含返回的数据。 IndexWritter 负责创建索引，IndexSearcher为搜素索引。

查询语法

lucene提供很多动态易使用的查询语法。 字符串查询文本可以搜索任意文本，搜索特定域的文本，语法如下： fieldName:text 举例：title:tea

范围搜索示例：timestamp:[1509909322,1572981321]

使用通配符：dri?nk ， dk ，uni；和SQL语法类似。

也可以组合这些查询为复杂的查询，使用逻辑运算符，AND,NOT,OR:

title: “Tea in breakfast” AND “coffee”

示例应用

下面创建一个简单示例，对一些文档进行索引，然后应用索引实现快速搜索。 首先我们创建一个基于内存的索引，然后增加往里增加一些文档：

import org.apache.lucene.analysis.standard.StandardAnalyzer; import org.apache.lucene.document.Document; import org.apache.lucene.document.Field; import org.apache.lucene.document.SortedDocValuesField; import org.apache.lucene.document.TextField; import org.apache.lucene.index.*; import org.apache.lucene.queryparser.classic.ParseException; import org.apache.lucene.queryparser.classic.QueryParser; import org.apache.lucene.search.*; import org.apache.lucene.store.Directory; import org.apache.lucene.util.BytesRef; import java.io.IOException; import java.util.ArrayList; import java.util.List; public class InMemoryLuceneIndex { private Directory memoryIndex; private StandardAnalyzer analyzer; public InMemoryLuceneIndex(Directory memoryIndex, StandardAnalyzer analyzer) { this.memoryIndex = memoryIndex; this.analyzer = analyzer; } public void indexDocument(String title, String body) { IndexWriterConfig indexWriterConfig = new IndexWriterConfig(analyzer); try { IndexWriter writter = new IndexWriter(memoryIndex, indexWriterConfig); Document document = new Document(); document.add(new TextField("title", title, Field.Store.YES)); document.add(new TextField("body", body, Field.Store.YES)); document.add(new SortedDocValuesField("title", new BytesRef(title))); writter.addDocument(document); writter.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } public List<Document> searchIndex(String inField, String queryString) { try { Query query = new QueryParser(inField, analyzer).parse(queryString); IndexReader indexReader = DirectoryReader.open(memoryIndex); IndexSearcher searcher = new IndexSearcher(indexReader); TopDocs topDocs = searcher.search(query, 10); List<Document> documents = new ArrayList<>(); for (ScoreDoc scoreDoc : topDocs.scoreDocs) { documents.add(searcher.doc(scoreDoc.doc)); } return documents; } catch (IOException | ParseException e) { e.printStackTrace(); } return null; } public void deleteDocument(Term term) { try { IndexWriterConfig indexWriterConfig = new IndexWriterConfig(analyzer); IndexWriter writter = new IndexWriter(memoryIndex, indexWriterConfig); writter.deleteDocuments(term); writter.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } public List<Document> searchIndex(Query query, Sort sort) { try { IndexReader indexReader = DirectoryReader.open(memoryIndex); IndexSearcher searcher = new IndexSearcher(indexReader); TopDocs topDocs = searcher.search(query, 10, sort); List<Document> documents = new ArrayList<>(); for (ScoreDoc scoreDoc : topDocs.scoreDocs) { documents.add(searcher.doc(scoreDoc.doc)); } return documents; } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } return null; } }

上面代码，我们使用TextField 类此创建文档，并使用IndexWriter类加入索引，TextField构造函数的第三个参数指明域对应值是否存储。

分析器是用来把数据或文本分割为块，然后过滤掉停顿词，停顿词一般为如：‘a’,‘am’，‘is’等，不同类型的语言有不同的停顿词。

下面定义搜索查询，基于文档索引。我们定义了searchIndex方法，在search()方法第二个Integer参数指明返回前多少条符合条件的结果数据。

下面开始测试：

@Test public void givenSearchQueryWhenFetchedDocumentThenCorrect() { InMemoryLuceneIndex inMemoryLuceneIndex = new InMemoryLuceneIndex(new RAMDirectory(), new StandardAnalyzer()); inMemoryLuceneIndex.indexDocument("Hello world", "Some hello world"); List<Document> documents = inMemoryLuceneIndex.searchIndex("body", "world"); assertEquals( "Hello world", documents.get(0).get("title")); }

测试中，我们增加一个简单文档至索引，使用两个域“title”和“body”，然后测试搜索结果是否相同。

Lucene查询

现在我们已经熟悉了基本的索引和搜索，让我们再深入一点。 在前面，我们已经看到了基本的查询语法，以及如何使用QueryParser转换至Query 实例。 Lucene同时提供了Query不同的具体实现：

TermQuery

项是最基本的搜索单元，包含域名称和搜索文本。TermQuery 是所有查询中最简单的，包含一个项：

@Test public void givenTermQueryWhenFetchedDocumentThenCorrect() { InMemoryLuceneIndex inMemoryLuceneIndex = new InMemoryLuceneIndex(new RAMDirectory(), new StandardAnalyzer()); inMemoryLuceneIndex.indexDocument("activity", "running in track"); inMemoryLuceneIndex.indexDocument("activity", "Cars are running on road"); Term term = new Term("body", "running"); Query query = new TermQuery(term); List<Document> documents = inMemoryLuceneIndex.searchIndex(query); assertEquals(2, documents.size()); }

PrefixQuery

前缀查询，即以某字符开头：

@Test public void givenPrefixQueryWhenFetchedDocumentThenCorrect() { InMemoryLuceneIndex inMemoryLuceneIndex = new InMemoryLuceneIndex(new RAMDirectory(), new StandardAnalyzer()); inMemoryLuceneIndex.indexDocument("article", "Lucene introduction"); inMemoryLuceneIndex.indexDocument("article", "Introduction to Lucene"); Term term = new Term("body", "intro"); Query query = new PrefixQuery(term); List<Document> documents = inMemoryLuceneIndex.searchIndex(query); assertEquals(2, documents.size()); }

WildcardQuery

通配符查询，可以使用通配符，如“*”或“？”进行查询：

// ... Term term = new Term("body", "intro*"); Query query = new WildcardQuery(term); // ...

PhraseQuery

短语搜索可以搜索一系列文本：

// ... inMemoryLuceneIndex.indexDocument( "quotes", "A rose by any other name would smell as sweet."); Query query = new PhraseQuery( 1, "body", new BytesRef("smell"), new BytesRef("sweet")); List<Document> documents = inMemoryLuceneIndex.searchIndex(query); // ...

注意PhraseQuery构造函数第一个参数被称为slop，即单词之间的最大距离，示例中1表示之间可以有一个或无其他单词可以匹配。

FuzzyQuery

近似查询，搜索近似单词，无需完全相同：

// ... inMemoryLuceneIndex.indexDocument("article", "Halloween Festival"); inMemoryLuceneIndex.indexDocument("decoration", "Decorations for Halloween"); Term term = new Term("body", "hallowen"); Query query = new FuzzyQuery(term); List<Document> documents = inMemoryLuceneIndex.searchIndex(query); // ...

我们尝试搜素Halloween，但实际错误拼写成hallowen，也可以搜索到。

BooleanQuery

有时，我们可能需要执行复杂的查询，则需要组合两个或多个不同类型的查询：

// ... inMemoryLuceneIndex.indexDocument("Destination", "Las Vegas singapore car"); inMemoryLuceneIndex.indexDocument("Commutes in singapore", "Bus Car Bikes"); Term term1 = new Term("body", "singapore"); Term term2 = new Term("body", "car"); TermQuery query1 = new TermQuery(term1); TermQuery query2 = new TermQuery(term2); BooleanQuery booleanQuery = new BooleanQuery.Builder() .add(query1, BooleanClause.Occur.MUST) .add(query2, BooleanClause.Occur.MUST) .build(); // ...

搜索结果排序

针对搜索结果需要根据特定域进行排序：

@Test public void givenSortFieldWhenSortedThenCorrect() { InMemoryLuceneIndex inMemoryLuceneIndex = new InMemoryLuceneIndex(new RAMDirectory(), new StandardAnalyzer()); inMemoryLuceneIndex.indexDocument("Ganges", "River in India"); inMemoryLuceneIndex.indexDocument("Mekong", "This river flows in south Asia"); inMemoryLuceneIndex.indexDocument("Amazon", "Rain forest river"); inMemoryLuceneIndex.indexDocument("Rhine", "Belongs to Europe"); inMemoryLuceneIndex.indexDocument("Nile", "Longest River"); Term term = new Term("body", "river"); Query query = new WildcardQuery(term); SortField sortField = new SortField("title", SortField.Type.STRING_VAL, false); Sort sortByTitle = new Sort(sortField); List<Document> documents = inMemoryLuceneIndex.searchIndex(query, sortByTitle); assertEquals(4, documents.size()); assertEquals("Amazon", documents.get(0).getField("title").stringValue()); }

我们尝试用title域对返回文档进行排序，即river名称。SortField构造函数boolean参数为了实现倒叙排序。

从索引中删除文档

可以基于Term从索引中删除一些文档：

// ... IndexWriterConfig indexWriterConfig = new IndexWriterConfig(analyzer); IndexWriter writer = new IndexWriter(memoryIndex, indexWriterConfig); writer.deleteDocuments(term); // ...

测试代码：

@Test public void whenDocumentDeletedThenCorrect() { InMemoryLuceneIndex inMemoryLuceneIndex = new InMemoryLuceneIndex(new RAMDirectory(), new StandardAnalyzer()); inMemoryLuceneIndex.indexDocument("Ganges", "River in India"); inMemoryLuceneIndex.indexDocument("Mekong", "This river flows in south Asia"); Term term = new Term("title", "ganges"); inMemoryLuceneIndex.deleteDocument(term); Query query = new TermQuery(term); List<Document> documents = inMemoryLuceneIndex.searchIndex(query); assertEquals(0, documents.size()); }

总结

本文简要介绍了Apache lucene，同时通过示例展示了不同类型查询和排序。