Lucene 是一个基于JAVA的全文信息检索工具包,它不是一个完整的搜索应用程序,只是提供了一些API。可以通过引用Lucene的API,在Luence上进行二次开发,实现一个完整的搜索应用程序。
在使用中,Lucene能够为文本类型的数据建立索引,所以当想要对一些别的文件类型的数据(例如html, xml, pdf文档)进行索引的时候,只需要将这些不同类型的文档转换为文本类型,然后再进行索引,以实现对文档进行索引和搜索。一般性的流程如下:
html, xml, pdf文档----->转换为文本格式----->将转换好的文档交给Lucene----->Lucene进行索引操作----->Lucene创建索引文件----->把创建好的索引文件保存在内存或者磁盘中----->根据用户输入的查询条件在索引文件上进行查询。
索引:搜索引擎的核心,把索引想象成这样一种数据结构,他能够使你快速的随机访问存储在索引中的关键词,进而找到该关键词所关联的文档。
建立索引:把源数据处理成非常方便查询的索引文件的过程。
Lucene 采用的是一种称为反向索引(inverted index)的机制。反向索引就是说我们维护了一个词 / 短语表,对于这个表中的每个词 / 短语,都有一个链表描述了有哪些文档包含了这个词 / 短语。这样在用户输入查询条件的时候,就能非常快的得到搜索结果。反向索引我们又称之为倒排索引。
进行搜索:对文档建立好索引后,就可以在这些索引上面进行搜索了。搜索引擎首先会对搜索的关键词进行解析,然后再在建立好的索引上面进行查找,最终返回和用户输入的关键词相关联的文档。
Lucene软件包的发布形式是一个JAR文件。而这个JAR文件中,又包含四个软件包,通过对这四个软件包的引用,可以分别依次实现搜索引擎的四个主要功能模块:文档处理,分词,索引,搜索。
这四个包分别是:
1,Package: org.apache.lucene.document (封装)
这个包提供了一些为封装要索引的文档所需要的类,比如 Document, Field。这样,每一个文档最终被封装成了一个 Document 对象。
2,Package: org.apache.lucene.analysis (分词)
这个包主要功能是对文档进行分词,因为文档在建立索引之前必须要进行分词,所以这个包的作用可以看成是为建立索引做准备工作。
3,Package: org.apache.lucene.index (索引)
这个包提供了一些类来协助创建索引以及对创建好的索引进行更新。
这里面有两个基础的类:IndexWriter 和 IndexReader,其中 IndexWriter 是用来创建索引并添加文档到索引中的,IndexReader 是用来删除索引中的文档的。
4,Package: org.apache.lucene.search (搜索)
这个包提供了对在建立好的索引上进行搜索所需要的类。
比如 IndexSearcher 和 Hits, IndexSearcher 定义了在指定的索引上进行搜索的方法,Hits 用来保存搜索得到的结果。
假设我们的电脑的目录中含有很多文本文档,我们需要查找哪些文档含有某个关键词。为了实现这种功能,我们首先利用 Lucene 对这个目录中的文档建立索引,然后在建立好的索引中搜索我们所要查找的文档。通过这个例子读者会对如何利用 Lucene 构建自己的搜索应用程序有个比较清楚的认识。
从使用上来讲,一个搜索引擎实现的功能就是两点:(1)建立索引, (2)进行搜索。
下面通过一个实例来分开理解这两部分:
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。
package TestLucene; import java.io.File; import java.io.FileReader; import java.util.Date; import org.apache.lucene.analysis.Analyzer; import org.apache.lucene.standard.StandardAnalyzer; import org.apache.lucene.document.Document; import org.apache.lucene.document.Field; import org.apache.lucene.index.IndexWriter; /** *This class demonstrater the process of creating index with lucene *For text file */ public class TxtFileIndexer { public static void main(String[] args) throws Exception { //indexDir是存放Lucene的索引文件的地方。 File indexDir = new File("D:\\luceneIndex"); //dataDir是存放将要为之创建索引的文本文件(多个文件)的地方。 File dataDir = new File("D:\\luceneData"); //定义一个标准的分词器对象。 Analyzer luceneAnalyzer = new StandardAnalyzer(); //创建一个文件类型的对象数组,并把dataDir下的所有文件赋值给它。 File[] dataFiles = dataDir.listFiles(); // 将分词器,索引,关联起来的关键一步。 // IndexWriter类是创建索引的关键,他的作用是把一个个的Document对象加到索引中来。 /*类 IndexWriter 的构造函数需要三个参数, 第一个参数指定了所创建的索引要存放的位置,他可以是一个 File 对象,也可以是一个 FSDirectory 对象或者 RAMDirectory 对象。 第二个参数指定了 Analyzer 类的一个实现,也就是指定这个索引是用哪个分词器对文挡内容进行分词。 第三个参数是一个布尔型的变量,如果为 true 的话就代表创建一个新的索引,为 false 的话就代表在原来索引的基础上进行操作。*/ IndexWriter indexWriter = new IndexWriter(indexDir,luceneAnalyzer,true); long startTime = new Date().getTime(); //遍历目录下的所有文本文档 for(int i = 0; i<dataFiles.length; i++) { //如果文件是.txt文件 if(dataFiles[i].isFile() && dataFiles[i].getName().endsWith(".txt")) { //打印出将要加索引的文件的全名 System.out.println("Indexing file" + dataFiles[i].getCanonicalPath()); //创建一个document对象 Document document = new Document(); //读取文档内容,以备之后的内容field使用 Reader txtReader = new FileReader(dataFiles[i]); //给document对象添加对应的"路径属性" document.add(Field.Text("path",dataFiles[i].getCanonicalPath())); //给document对象添加对应的"内容属性" document.add(Field.Text("contents",txtReader)); //把文档用 IndexWriter 类的 add 方法加入到索引中去 indexWriter.addDocument(document); /*完成索引的创建*/ } } indexWriter.optimize(); indexWriter.close(); long endTime = new Date().getTime(); System.out.println("It takes " + (endTime - startTime) + " milliseconds to create index for the files in directory " + dataDir.getPath()); } }
分析:我们注意到类 IndexWriter 的构造函数需要三个参数,第一个参数指定了所创建的索引要存放的位置,他可以是一个 File 对象,也可以是一个 FSDirectory 对象或者 RAMDirectory 对象。第二个参数指定了 Analyzer 类的一个实现,也就是指定这个索引是用哪个分词器对文挡内容进行分词。第三个参数是一个布尔型的变量,如果为 true 的话就代表创建一个新的索引,为 false 的话就代表在原来索引的基础上进行操作。接着程序遍历了目录下面的所有文本文档,并为每一个文本文档创建了一个 Document 对象。然后把文本文档的两个属性:路径和内容加入到了两个 Field 对象中,接着在把这两个 Field 对象加入到 Document 对象中,最后把这个文档用 IndexWriter 类的 add 方法加入到索引中去。这样我们便完成了索引的创建。接下来我们进入在建立好的索引上进行搜索的部分。
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,而一个Term对象的构造函数又有两个参数,即字段名和用户查询名。
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。
介绍完这些搜索所必须的类之后,我们就开始在之前所建立的索引上进行搜索了,下面给出了完成搜索功能所需要的代码。
package TestLucene; import java.io.File; import org.apache.lucene.document.Document; import org.apache.lucene.index.Term; import org.apache.lucene.search.Hits; import org.apache.lucene.search.IndexSearcher; import org.apache.lucene.search.TermQuery; import org.apache.lucene.store.FSDirectory; /** *This class is used to demonstrate the process of searching on an existing Lucene index */ public class TxtFileSearcher { public static void main(String[] args) throws Exception { //先定义一个要查询的关键词 String queryStr = "lucene"; //lucene索引文件 File indexDir = new File("D:\\luceneIndex"); //保存lucene索引文件的路径 FSDirectory directory = FSDirectory.getDirectory(indexDir, false); IndexSearcher searcher = new IndexSearcher(directory); if(!indexDir.exists()) { System.out.println("The lucene index is not exist"); return; } //Term是搜索的基本单位,一个Term对象有两个String类型的域 //对应地,它的构造函数也只有两个参数 //第一个参数代表了要在文档的哪一个Field上查找,第二个参数代表了要查询的关键词 Term term = new Term("contents",queryStr.toLowerCase()); //Query类的子类TermQuery是Lucene支持的最为基本的一个查询类 //它的作用是把用户输入的查询字符串封装成Lucene能够识别的Query //它只接受一个参数,就是一个Term对象 TermQuery luceneQuery = new TermQuery(term); //Hits 是用来保存搜索的结果的。 Hits hits = searcher.search(luceneQuery); for(int i = 0; i < hits.length(); i++) { Document document = hits.doc(i); System.out.println("File: " + document.get("path")); } } }
类 IndexSearcher 的构造函数接受一个类型为 Directory 的对象,Directory 是一个抽象类,它目前有两个子类:FSDirctory 和 RAMDirectory. 我们的程序中传入了一个 FSDirctory 对象作为其参数,代表了一个存储在磁盘上的索引的位置。构造函数执行完成后,代表了这个 IndexSearcher 以只读的方式打开了一个索引。然后我们程序构造了一个 Term 对象,通过这个 Term 对象,我们指定了要在文档的内容中搜索包含关键词”lucene”的文档。接着利用这个 Term 对象构造出 TermQuery 对象并把这个 TermQuery 对象传入到 IndexSearcher 的 search 方法中进行查询,返回的结果保存在 Hits 对象中。最后我们用了一个循环语句把搜索到的文档的路径都打印了出来。
好了,我们的搜索应用程序已经开发完毕。