Lucene教程

1、什么是“全文检索”（Full-Text Search）

①全文检索的概念

全文检索首先将要查询的目标文档中的词提取出来，组成索引，通过查询索引达到搜索目标文档的目的。这种先建立索引，再对索引进行搜索的过程就叫全文检索（Full-text Search）。

全文检索（Full-Text Retrieval）是指以文本作为检索对象，找出含有指定词汇的文本。

全面、准确和快速是衡量全文检索系统的关键指标。
关于全文检索，我们要知道：

1. 只处理文本。
2. 不处理语义。
3. 搜索时英文不区分大小写。
4. 结果列表有相关度排序。

在信息检索工具中，全文检索是最具通用性和实用性的。

②全文检索的应用场景

我们使用Lucene，主要是做站内搜索，即对一个系统内的资源进行搜索。如BBS、BLOG中的文章搜索，网上商店中的商品搜索等。使用Lucene的项目有Eclipse、Jira等。一般不做互联网中资源的搜索，因为不易获取与管理海量资源（专业搜索方向的公司除外）。

③全文检索与数据库搜索的不同

全文检索不同于数据库的SQL查询。（他们所解决的问题不一样，解决的方案也不一样，所以不应进行对比）。在数据库中的搜索就是使用SQL，如：SELECT * FROM t WHERE content like ‘%ant%’。这样会有如下问题：

1. 匹配效果：如搜索ant会搜索出planting这类结果。这样就会搜出很多无关的信息。

2. 相关度排序：查出的结果没有相关度排序，不知道我想要的结果在哪一页。我们在使用百度搜索时，一般不需要翻页，为什么？因为百度做了相关度排序：为每一条结果打一个分数，这条结果越符合搜索条件，得分就越高，叫做相关度得分，结果列表会按照这个分数由高到低排列，所以第1页的结果就是我们最想要的结果。

3. 速度及效率：全文检索的速度大大快于SQL的like搜索的速度。这是因为查询方式不同造成的，以查字典举例：数据库的like就是一页一页的翻，一行一行的找，而全文检索是先查目录，得到结果所在的页码，再直接翻到这一页。

2、什么是Lucene

Lucene是Apache下的一个开源的全文检索引擎工具包。它为软件开发人员提供一个简单易用的工具包（类库），以方便的在目标系统中实现全文检索的功能。

顺便一提，Doug Cutting是Lucene和大名鼎鼎的Hadoop的创始人。

3、Lucene下载及安装

官方网站：http://lucene.apache.org/

下载地址：http://archive.apache.org/dist/lucene/java/

JDK要求：1.7及以上（从版本4.8开始，不支持1.7以下）

入门程序只需要添加以下jar包：

• mysql5.1驱动包：mysql-connector-java-5.1.7-bin.jar
• 核心包：lucene-core-4.10.3.jar
• 分析器通用包：lucene-analyzers-common-4.10.3.jar
• 查询解析器包：lucene-queryparser-4.10.3.jar
• junit包：junit-4.9.jar

4、Lucene实现全文检索流程

全文检索的流程分为两大部分：索引流程、搜索流程。

• 索引流程：即采集数据构建文档对象分析文档（分词）创建索引。

• 搜索流程：即用户通过搜索界面创建查询执行搜索，搜索器从索引库搜索渲染搜索结果。

5、Lucene索引源

全文检索要搜索的数据信息格式多种多样，拿搜索引擎（百度， google）来说，通过搜索引擎网站能搜索互联网站上的网页(html)、互联网上的音乐(mp3..)、视频(avi..)、pdf电子书等。

全文检索搜索的这些数据称为非结构化数据。

什么是非结构化数据？

• 结构化数据：指具有固定格式或有限长度的数据，如数据库，元数据等。
• 非结构化数据：指不定长或无固定格式的数据，如邮件，word文档等。

如何对结构化数据搜索？

由于结构化数据是固定格式，所以就可以针对固定格式的数据设计算法来搜索，比如数据库like查询，like查询采用顺序扫描法，使用关键字匹配内容，对于内容量大的like查询速度慢。

①网页采集数据

因为目前搜索引擎主要搜索数据的来源是互联网，搜索引擎使用一种爬虫程序抓取网页（ 通过http抓取html网页信息），以下是一些爬虫项目：

1. Solr（http://lucene.apache.org/solr） ，Solr是Apache的一个子项目，支持从关系数据库、xml文档中提取原始数据。

2. Nutch（http://lucene.apache.org/nutch）, Nutch是Apache的一个子项目，包括大规模爬虫工具，能够抓取和分辨web网站数据。

3. Jsoup（http://jsoup.org/ ），Jsoup是一款Java 的HTML解析器，可直接解析某个URL地址、HTML文本内容。它提供了一套非常省力的API，可通过DOM，CSS以及类似于jQuery的操作方法来取出和操作数据。

4. Heritrix（http://sourceforge.net/projects/archive-crawler/files/），Heritrix 是一个由Java开发的、开源的网络爬虫，用户可以使用它来从网上抓取想要的资源。其最出色之处在于它良好的可扩展性，方便用户实现自己的抓取逻辑。

②数据库

针对大多数站内搜索功能，全文检索的数据源在数据库中，需要通过JDBC访问数据库中表的内容。

例如（取自互联网）：

6、Lucene索引文件结构

• 文档域：

  非结构化的数据统一格式为document文档格式，一个文档有多个field域，不同的文档其field的个数可以不同，建议相同类型的文档包括相同的field。
  本例子一个document对应一条book表的记录。

• 索引域：

  将Document中的Field的内容进行分词，将分好的词创建索引，索引=Field域名:词。
  索引域用于搜索，搜索程序将从索引域中搜索一个一个词，根据词找到对应的文档（Document）。

• 倒排索引表：

  传统方法是先找到文件，如何在文件中找内容，在文件内容中匹配搜索关键字，这种方法是顺序扫描方法，数据量大就搜索慢。
  倒排索引结构是根据内容（词语）找文档，倒排索引结构也叫反向索引结构，包括索引和文档两部分，索引即词汇表，它是在索引中匹配搜索关键字，由于索引内容量有限并且采用固定优化算法搜索速度很快，找到了索引中的词汇，词汇与文档关联，从而最终找到了文档。

7、Lucene创建索引过程

• IndexWriter是索引过程的核心组件，通过IndexWriter可以创建新索引、更新索引、删除索引操作。IndexWriter需要通过Directory对索引进行存储操作。

• Directory描述了索引的存储位置，底层封装了I/O操作，负责对索引进行存储。它是一个抽象类，它的子类常用的包括FSDirectory（在文件系统存储索引）、RAMDirectory（在内存存储索引）。

8、创建文档（Document）

在Lucene中，采集数据（从网站爬取或连接数据库）就是为了创建索引，创建索引需要先将采集的原始数据加工为文档，再由文档分词产生索引。文档（Document）中包含若干个Field域。

①采集数据

代码实现：

// 采集数据。
BookDao dao = new BookDaoImpl();
List<Book> list = dao.queryBookList();

// Document对象集合。
List<Document> docList = new ArrayList<Document>();

// Document对象的引用，空指针。
Document doc = null;

        for (Book book : list) {

            // 创建Document对象，同时要创建Field对象。
            doc = new Document();

            // 根据需求创建不同类型的Field。
            Field id = new TextField("id", book.getId().toString(), Store.YES);

            Field name = new TextField("name", book.getName(), Store.YES);

            Field price = new TextField("price", book.getPrice().toString(), Store.YES);

            Field pic = new TextField("pic", book.getPic(), Store.YES);

            Field desc = new TextField("description", book.getDescription(), Store.YES);

            // 把域（Field）添加到文档（Document）中。
            doc.add(id);
            doc.add(name);
            doc.add(price);
            doc.add(pic);
            doc.add(desc);

            // 将当前的文档对象添加到文档集合（docList）对象中。
            docList.add(doc);
        }

②使用文档分词

在对Docuemnt中的内容索引之前需要使用分词器进行分词 ，分词的主要过程就是分词、过滤两步。

• 分词就是将采集到的文档内容切分成一个一个的词，具体应该说是将Document中Field的value值切分成一个一个的词。

• 过滤包括去除标点符号、去除停用词（的、是、a、an、the等）、大写转小写、词的形还原（复数形式转成单数形参、过去式转成现在式等）。

什么是停用词？

停用词是为节省存储空间和提高搜索效率，搜索引擎在索引页面或处理搜索请求时会自动忽略某些字或词，这些字或词即被称为Stop Words（停用词）。比如语气助词、副词、介词、连接词等，通常自身并无明确的意义，只有将其放入一个完整的句子中才有一定作用，如常见的“的”、“在”、“是”、“啊”等。

Lucene中自带了StandardAnalyzer，它可以对英文进行分词。

StandardAnalyzer结构：

• Tokenizer就是分词器，对输入的语句进行分词。

• TokenFilter是分词过滤器，比如过滤大小写转换、去除停用词等。

举例说明：

分词前：

Java is a world-wide programming language

分词后：

Java, is, a, world-wide, programming, language

• Term是分词、过滤后的词，存在Field域中。对于某个Field域中，Term是具有象征性的，所以注意，在同一个Field域中，Term不能相同，Token可以相同。Term对于Token是一对一或一对多的关系。

• Token是语汇单元，是经过分词、过滤后的。在同一个Field域中，多个相同的语汇单元

总之，不同的域中拆分出来的相同的单词对应不同的Term；相同的域中拆分出来的相同的单词对应相同的Term。

例如：

包含图书名字的Field域中的Java值与包含图书内容描述的Field域的Java值对应的是不同的Term。

③分词+创建索引

代码实现：

// 使用StandardAnalyzer对文档进行分词。
Analyzer analyzer = new StandardAnalyzer();

// 创建索引库目录。
Directory directory = FSDirectory.open(new File("E:\\index"));

// 创建IndexWriterConfig对象
IndexWriterConfig cfg = new IndexWriterConfig(Version.LATEST, analyzer);

// 创建IndexWriter对象
IndexWriter writer = new IndexWriter(directory, cfg);

// 通过IndexWriter对象添加文档对象（document）
for (Document document : docList) {
    writer.addDocument(document);
}

// 关闭IndexWriter
writer.close();