Question

Lucene 是 apache 软件基金会 4 jakarta 项目组的一个子项目，是一个开放源代码的全文检索引擎工具包，但它不是一个完整的全文检索引擎，而是一个全文检索引擎的架构，提供了完整的查询引擎和索引引擎，部分文本分析引擎（英文与德文两种西方语言）。Lucene 的目的是为软件开发人员提供一个简单易用的工具包，以方便的在目标系统中实现全文检索的功能，或者是以此为基础建立起完整的全文检索引擎

全文检索概述

比如，我们一个文件夹中，或者一个磁盘中有很多的文件，记事本、world、Excel、pdf，我们想根据其中的关键词搜索包含的文件。例如，我们输入 Lucene，所有内容含有 Lucene 的文件就会被检查出来。这就是所谓的全文检索。

因此，很容易的我们想到，应该建立一个关键字与文件的相关映射，盗用 ppt 中的一张图，很明白的解释了这种映射如何实现。

倒排索引

有了这种映射关系，我们就来看看 Lucene 的架构设计。 下面是 Lucene 的资料必出现的一张图，但也是其精髓的概括。

我们可以看到，Lucene 的使用主要体现在两个步骤：

1 创建索引，通过 IndexWriter 对不同的文件进行索引的创建，并将其保存在索引相关文件存储的位置中。

2 通过索引查寻关键字相关文档。

在 Lucene 中，就是使用这种“倒排索引”的技术，来实现相关映射。

Lucene 数学模型

文档、域、词元

文档是 Lucene 搜索和索引的原子单位，文档为包含一个或者多个域的容器，而域则是依次包含“真正的”被搜索的内容，域值通过分词技术处理，得到多个词元。

For Example，一篇小说（斗破苍穹）信息可以称为一个文档，小说信息又包含多个域，例如：标题（斗破苍穹）、作者、简介、最后更新时间等等，对标题这个域采用分词技术又可以得到一个或者多个词元（斗、破、苍、穹）。

Lucene 文件结构

层次结构

index 一个索引存放在一个目录中

segment 一个索引中可以有多个段，段与段之间是独立的，添加新的文档可能产生新段，不同的段可以合并成一个新段

document 文档是创建索引的基本单位，不同的文档保存在不同的段中，一个段可以包含多个文档

field 域，一个文档包含不同类型的信息，可以拆分开索引

term 词，索引的最小单位，是经过词法分析和语言处理后的数据。

正向信息

按照层次依次保存了从索引到词的包含关系：index–>segment–>document–>field–>term。

反向信息

反向信息保存了词典的倒排表映射：term–>document

IndexWriter lucene 中最重要的的类之一，它主要是用来将文档加入索引，同时控制索引过程中的一些参数使用。

Analyzer 分析器，主要用于分析搜索引擎遇到的各种文本。常用的有 StandardAnalyzer 分析器,StopAnalyzer 分析器,WhitespaceAnalyzer 分析器等。

Directory 索引存放的位置;lucene 提供了两种索引存放的位置，一种是磁盘，一种是内存。一般情况将索引放在磁盘上；相应地 lucene 提供了 FSDirectory 和 RAMDirectory 两个类。

Document 文档;Document 相当于一个要进行索引的单元，任何可以想要被索引的文件都必须转化为 Document 对象才能进行索引。

Field 字段。

IndexSearcher 是 lucene 中最基本的检索工具，所有的检索都会用到 IndexSearcher 工具;

Query 查询，lucene 中支持模糊查询，语义查询，短语查询，组合查询等等，如有 TermQuery,BooleanQuery,RangeQuery,WildcardQuery 等一些类。

QueryParser 是一个解析用户输入的工具，可以通过扫描用户输入的字符串，生成 Query 对象。

Hits 在搜索完成之后，需要把搜索结果返回并显示给用户，只有这样才算是完成搜索的目的。在 lucene 中，搜索的结果的集合是用 Hits 类的实例来表示的。

测试用例

Github 代码

代码我已放到 Github ，导入 spring-boot-lucene-demo 项目

github https://github.com/souyunku/spring-boot-examples/tree/master/spring-boot-lucene-demo

添加依赖

<!--对分词索引查询解析-->
<dependency>
	<groupId>org.apache.lucene</groupId>
	<artifactId>lucene-queryparser</artifactId>
	<version>7.1.0</version>
</dependency>

<!--高亮 -->
<dependency>
	<groupId>org.apache.lucene</groupId>
	<artifactId>lucene-highlighter</artifactId>
	<version>7.1.0</version>
</dependency>

<!--smartcn 中文分词器 SmartChineseAnalyzer  smartcn 分词器 需要 lucene 依赖 且和 lucene 版本同步-->
<dependency>
	<groupId>org.apache.lucene</groupId>
	<artifactId>lucene-analyzers-smartcn</artifactId>
	<version>7.1.0</version>
</dependency>

<!--ik-analyzer 中文分词器-->
<dependency>
	<groupId>cn.bestwu</groupId>
	<artifactId>ik-analyzers</artifactId>
	<version>5.1.0</version>
</dependency>

<!--MMSeg4j 分词器-->
<dependency>
	<groupId>com.chenlb.mmseg4j</groupId>
	<artifactId>mmseg4j-solr</artifactId>
	<version>2.4.0</version>
	<exclusions>
		<exclusion>
			<groupId>org.apache.solr</groupId>
			<artifactId>solr-core</artifactId>
		</exclusion>
	</exclusions>
</dependency>

配置 lucene

private Directory directory;

private IndexReader indexReader;

private IndexSearcher indexSearcher;

@Before
public void setUp() throws IOException {
	//索引存放的位置，设置在当前目录中
	directory = FSDirectory.open(Paths.get("indexDir/"));

	//创建索引的读取器
	indexReader = DirectoryReader.open(directory);

	//创建一个索引的查找器，来检索索引库
	indexSearcher = new IndexSearcher(indexReader);
}

@After
public void tearDown() throws Exception {
	indexReader.close();
}

**
 * 执行查询，并打印查询到的记录数
 *
 * @param query
 * @throws IOException
 */
public void executeQuery(Query query) throws IOException {

	TopDocs topDocs = indexSearcher.search(query, 100);

	//打印查询到的记录数
	System.out.println("总共查询到" + topDocs.totalHits + "个文档");
	for (ScoreDoc scoreDoc : topDocs.scoreDocs) {

		//取得对应的文档对象
		Document document = indexSearcher.doc(scoreDoc.doc);
		System.out.println("id：" + document.get("id"));
		System.out.println("title：" + document.get("title"));
		System.out.println("content：" + document.get("content"));
	}
}

/**
 * 分词打印
 *
 * @param analyzer
 * @param text
 * @throws IOException
 */
public void printAnalyzerDoc(Analyzer analyzer, String text) throws IOException {

	TokenStream tokenStream = analyzer.tokenStream("content", new StringReader(text));
	CharTermAttribute charTermAttribute = tokenStream.addAttribute(CharTermAttribute.class);
	try {
		tokenStream.reset();
		while (tokenStream.incrementToken()) {
			System.out.println(charTermAttribute.toString());
		}
		tokenStream.end();
	} finally {
		tokenStream.close();
		analyzer.close();
	}
}
	

创建索引

@Test
public void indexWriterTest() throws IOException {
	long start = System.currentTimeMillis();

	//索引存放的位置，设置在当前目录中
	Directory directory = FSDirectory.open(Paths.get("indexDir/"));

	//在 6.6 以上版本中 version 不再是必要的，并且，存在无参构造方法，可以直接使用默认的 StandardAnalyzer 分词器。
	Version version = Version.LUCENE_7_1_0;

	//Analyzer analyzer = new StandardAnalyzer(); // 标准分词器，适用于英文
	//Analyzer analyzer = new SmartChineseAnalyzer();//中文分词
	//Analyzer analyzer = new ComplexAnalyzer();//中文分词
	//Analyzer analyzer = new IKAnalyzer();//中文分词

	Analyzer analyzer = new IKAnalyzer();//中文分词

	//创建索引写入配置
	IndexWriterConfig indexWriterConfig = new IndexWriterConfig(analyzer);

	//创建索引写入对象
	IndexWriter indexWriter = new IndexWriter(directory, indexWriterConfig);

	//创建 Document 对象，存储索引

	Document doc = new Document();

	int id = 1;

	//将字段加入到 doc 中
	doc.add(new IntPoint("id", id));
	doc.add(new StringField("title", "Spark", Field.Store.YES));
	doc.add(new TextField("content", "Apache Spark 是专为大规模数据处理而设计的快速通用的计算引擎", Field.Store.YES));
	doc.add(new StoredField("id", id));

	//将 doc 对象保存到索引库中
	indexWriter.addDocument(doc);

	indexWriter.commit();
	//关闭流
	indexWriter.close();

	long end = System.currentTimeMillis();
	System.out.println("索引花费了" + (end - start) + " 毫秒");
}

响应

17:58:14.655 [main] DEBUG org.wltea.analyzer.dic.Dictionary - 加载扩展词典：ext.dic
17:58:14.660 [main] DEBUG org.wltea.analyzer.dic.Dictionary - 加载扩展停止词典：stopword.dic
索引花费了 879 毫秒

删除文档

@Test
public void deleteDocumentsTest() throws IOException {
	//Analyzer analyzer = new StandardAnalyzer(); // 标准分词器，适用于英文
	//Analyzer analyzer = new SmartChineseAnalyzer();//中文分词
	//Analyzer analyzer = new ComplexAnalyzer();//中文分词
	//Analyzer analyzer = new IKAnalyzer();//中文分词

	Analyzer analyzer = new IKAnalyzer();//中文分词

	//创建索引写入配置
	IndexWriterConfig indexWriterConfig = new IndexWriterConfig(analyzer);

	//创建索引写入对象
	IndexWriter indexWriter = new IndexWriter(directory, indexWriterConfig);

	// 删除 title 中含有关键词“Spark”的文档
	long count = indexWriter.deleteDocuments(new Term("title", "Spark"));

	//  除此之外 IndexWriter 还提供了以下方法：
	// DeleteDocuments(Query query):根据 Query 条件来删除单个或多个 Document
	// DeleteDocuments(Query[] queries):根据 Query 条件来删除单个或多个 Document
	// DeleteDocuments(Term term):根据 Term 来删除单个或多个 Document
	// DeleteDocuments(Term[] terms):根据 Term 来删除单个或多个 Document
	// DeleteAll():删除所有的 Document

	//使用 IndexWriter 进行 Document 删除操作时，文档并不会立即被删除，而是把这个删除动作缓存起来，当 IndexWriter.Commit() 或 IndexWriter.Close() 时，删除操作才会被真正执行。

	indexWriter.commit();
	indexWriter.close();

	System.out.println("删除完成:" + count);
}

响应

删除完成:1

更新文档

/**
 * 测试更新
 * 实际上就是删除后新增一条
 *
 * @throws IOException
 */
@Test
public void updateDocumentTest() throws IOException {
	//Analyzer analyzer = new StandardAnalyzer(); // 标准分词器，适用于英文
	//Analyzer analyzer = new SmartChineseAnalyzer();//中文分词
	//Analyzer analyzer = new ComplexAnalyzer();//中文分词
	//Analyzer analyzer = new IKAnalyzer();//中文分词

	Analyzer analyzer = new IKAnalyzer();//中文分词

	//创建索引写入配置
	IndexWriterConfig indexWriterConfig = new IndexWriterConfig(analyzer);

	//创建索引写入对象
	IndexWriter indexWriter = new IndexWriter(directory, indexWriterConfig);

	Document doc = new Document();

	int id = 1;

	doc.add(new IntPoint("id", id));
	doc.add(new StringField("title", "Spark", Field.Store.YES));
	doc.add(new TextField("content", "Apache Spark 是专为大规模数据处理而设计的快速通用的计算引擎", Field.Store.YES));
	doc.add(new StoredField("id", id));

	long count = indexWriter.updateDocument(new Term("id", "1"), doc);
	System.out.println("更新文档:" + count);
	indexWriter.close();
}

响应

更新文档:1

按词条搜索

/**
 * 按词条搜索
 * <p>
 * TermQuery 是最简单、也是最常用的 Query。TermQuery 可以理解成为“词条搜索”，
 * 在搜索引擎中最基本的搜索就是在索引中搜索某一词条，而 TermQuery 就是用来完成这项工作的。
 * 在 Lucene 中词条是最基本的搜索单位，从本质上来讲一个词条其实就是一个名/值对。
 * 只不过这个“名”是字段名，而“值”则表示字段中所包含的某个关键字。
 *
 * @throws IOException
 */
@Test
public void termQueryTest() throws IOException {

	String searchField = "title";
	//这是一个条件查询的 api，用于添加条件
	TermQuery query = new TermQuery(new Term(searchField, "Spark"));

	//执行查询，并打印查询到的记录数
	executeQuery(query);
}

响应

总共查询到 1 个文档
id：1
title：Spark
content：Apache Spark 是专为大规模数据处理而设计的快速通用的计算引擎!

多条件查询

/**
 * 多条件查询
 *
 * BooleanQuery 也是实际开发过程中经常使用的一种 Query。
 * 它其实是一个组合的 Query，在使用时可以把各种 Query 对象添加进去并标明它们之间的逻辑关系。
 * BooleanQuery 本身来讲是一个布尔子句的容器，它提供了专门的 API 方法往其中添加子句，
 * 并标明它们之间的关系，以下代码为 BooleanQuery 提供的用于添加子句的 API 接口：
 *
 * @throws IOException
 */
@Test
public void BooleanQueryTest() throws IOException {

	String searchField1 = "title";
	String searchField2 = "content";
	Query query1 = new TermQuery(new Term(searchField1, "Spark"));
	Query query2 = new TermQuery(new Term(searchField2, "Apache"));
	BooleanQuery.Builder builder = new BooleanQuery.Builder();

	// BooleanClause 用于表示布尔查询子句关系的类，
	// 包 括：
	// BooleanClause.Occur.MUST，
	// BooleanClause.Occur.MUST_NOT，
	// BooleanClause.Occur.SHOULD。
	// 必须包含，不能包含，可以包含三种.有以下 6 种组合：
	//
	// 1．MUST 和 MUST：取得连个查询子句的交集。
	// 2．MUST 和 MUST_NOT：表示查询结果中不能包含 MUST_NOT 所对应得查询子句的检索结果。
	// 3．SHOULD 与 MUST_NOT：连用时，功能同 MUST 和 MUST_NOT。
	// 4．SHOULD 与 MUST 连用时，结果为 MUST 子句的检索结果，但是 SHOULD 可影响排序。
	// 5．SHOULD 与 SHOULD：表示“或”关系，最终检索结果为所有检索子句的并集。
	// 6．MUST_NOT 和 MUST_NOT：无意义，检索无结果。

	builder.add(query1, BooleanClause.Occur.SHOULD);
	builder.add(query2, BooleanClause.Occur.SHOULD);

	BooleanQuery query = builder.build();

	//执行查询，并打印查询到的记录数
	executeQuery(query);
}

响应

总共查询到 1 个文档
id：1
title：Spark
content：Apache Spark 是专为大规模数据处理而设计的快速通用的计算引擎!

匹配前缀

/**
 * 匹配前缀
 * <p>
 * PrefixQuery 用于匹配其索引开始以指定的字符串的文档。就是文档中存在 xxx%
 * <p>
 *
 * @throws IOException
 */
@Test
public void prefixQueryTest() throws IOException {
	String searchField = "title";
	Term term = new Term(searchField, "Spar");
	Query query = new PrefixQuery(term);

	//执行查询，并打印查询到的记录数
	executeQuery(query);
}

响应

总共查询到 1 个文档
id：1
title：Spark
content：Apache Spark 是专为大规模数据处理而设计的快速通用的计算引擎!

短语搜索

/**
 * 短语搜索
 * <p>
 * 所谓 PhraseQuery，就是通过短语来检索，比如我想查“big car”这个短语，
 * 那么如果待匹配的 document 的指定项里包含了"big car"这个短语，
 * 这个 document 就算匹配成功。可如果待匹配的句子里包含的是“big black car”，
 * 那么就无法匹配成功了，如果也想让这个匹配，就需要设定 slop，
 * 先给出 slop 的概念：slop 是指两个项的位置之间允许的最大间隔距离
 *
 * @throws IOException
 */
@Test
public void phraseQueryTest() throws IOException {

	String searchField = "content";
	String query1 = "apache";
	String query2 = "spark";

	PhraseQuery.Builder builder = new PhraseQuery.Builder();
	builder.add(new Term(searchField, query1));
	builder.add(new Term(searchField, query2));
	builder.setSlop(0);
	PhraseQuery phraseQuery = builder.build();

	//执行查询，并打印查询到的记录数
	executeQuery(phraseQuery);
}

响应

总共查询到 1 个文档
id：1
title：Spark
content：Apache Spark 是专为大规模数据处理而设计的快速通用的计算引擎!

相近词语搜索

/**
 * 相近词语搜索
 * <p>
 * FuzzyQuery 是一种模糊查询，它可以简单地识别两个相近的词语。
 *
 * @throws IOException
 */
@Test
public void fuzzyQueryTest() throws IOException {

	String searchField = "content";
	Term t = new Term(searchField, "大规模");
	Query query = new FuzzyQuery(t);

	//执行查询，并打印查询到的记录数
	executeQuery(query);
}

响应

总共查询到 1 个文档
id：1
title：Spark
content：Apache Spark 是专为大规模数据处理而设计的快速通用的计算引擎!

通配符搜索

/**
 * 通配符搜索
 * <p>
 * Lucene 也提供了通配符的查询，这就是 WildcardQuery。
 * 通配符“?”代表 1 个字符，而“*”则代表 0 至多个字符。
 *
 * @throws IOException
 */
@Test
public void wildcardQueryTest() throws IOException {
	String searchField = "content";
	Term term = new Term(searchField, "大*规模");
	Query query = new WildcardQuery(term);

	//执行查询，并打印查询到的记录数
	executeQuery(query);
}

响应

总共查询到 1 个文档
id：1
title：Spark
content：Apache Spark 是专为大规模数据处理而设计的快速通用的计算引擎!

分词查询

/**
 * 分词查询
 *
 * @throws IOException
 * @throws ParseException
 */
@Test
public void queryParserTest() throws IOException, ParseException {
	//Analyzer analyzer = new StandardAnalyzer(); // 标准分词器，适用于英文
	//Analyzer analyzer = new SmartChineseAnalyzer();//中文分词
	//Analyzer analyzer = new ComplexAnalyzer();//中文分词
	//Analyzer analyzer = new IKAnalyzer();//中文分词

	Analyzer analyzer = new IKAnalyzer();//中文分词

	String searchField = "content";

	//指定搜索字段和分析器
	QueryParser parser = new QueryParser(searchField, analyzer);

	//用户输入内容
	Query query = parser.parse("计算引擎");

	//执行查询，并打印查询到的记录数
	executeQuery(query);
}

响应

总共查询到 1 个文档
id：1
title：Spark
content：Apache Spark 是专为大规模数据处理而设计的快速通用的计算引擎!

多个 Field 分词查询

/**
 * 多个 Field 分词查询
 *
 * @throws IOException
 * @throws ParseException
 */
@Test
public void multiFieldQueryParserTest() throws IOException, ParseException {
	//Analyzer analyzer = new StandardAnalyzer(); // 标准分词器，适用于英文
	//Analyzer analyzer = new SmartChineseAnalyzer();//中文分词
	//Analyzer analyzer = new ComplexAnalyzer();//中文分词
	//Analyzer analyzer = new IKAnalyzer();//中文分词

	Analyzer analyzer = new IKAnalyzer();//中文分词

	String[] filedStr = new String[]{"title", "content"};

	//指定搜索字段和分析器
	QueryParser queryParser = new MultiFieldQueryParser(filedStr, analyzer);

	//用户输入内容
	Query query = queryParser.parse("Spark");

	//执行查询，并打印查询到的记录数
	executeQuery(query);
}

响应

总共查询到 1 个文档
id：1
title：Spark
content：Apache Spark 是专为大规模数据处理而设计的快速通用的计算引擎!

中文分词器

/**
 * IKAnalyzer  中文分词器
 * SmartChineseAnalyzer  smartcn 分词器 需要 lucene 依赖 且和 lucene 版本同步
 *
 * @throws IOException
 */
@Test
public void AnalyzerTest() throws IOException {
	//Analyzer analyzer = new StandardAnalyzer(); // 标准分词器，适用于英文
	//Analyzer analyzer = new SmartChineseAnalyzer();//中文分词
	//Analyzer analyzer = new ComplexAnalyzer();//中文分词
	//Analyzer analyzer = new IKAnalyzer();//中文分词

	Analyzer analyzer = null;
	String text = "Apache Spark 是专为大规模数据处理而设计的快速通用的计算引擎";

	analyzer = new IKAnalyzer();//IKAnalyzer 中文分词
	printAnalyzerDoc(analyzer, text);
	System.out.println();

	analyzer = new ComplexAnalyzer();//MMSeg4j 中文分词
	printAnalyzerDoc(analyzer, text);
	System.out.println();

	analyzer = new SmartChineseAnalyzer();//Lucene 中文分词器
	printAnalyzerDoc(analyzer, text);
}

三种分词响应

apache
spark
专为
大规模
规模
模数
数据处理
数据
处理
而设
设计
快速
通用
计算
引擎

apache
spark
是
专为
大规模
数据处理
而
设计
的
快速
通用
的
计算
引擎

apach
spark
是
专
为
大规模
数据
处理
而
设计
的
快速
通用
的
计算
引擎

高亮处理

/**
 * 高亮处理
 *
 * @throws IOException
 */
@Test
public void HighlighterTest() throws IOException, ParseException, InvalidTokenOffsetsException {
	//Analyzer analyzer = new StandardAnalyzer(); // 标准分词器，适用于英文
	//Analyzer analyzer = new SmartChineseAnalyzer();//中文分词
	//Analyzer analyzer = new ComplexAnalyzer();//中文分词
	//Analyzer analyzer = new IKAnalyzer();//中文分词

	Analyzer analyzer = new IKAnalyzer();//中文分词

	String searchField = "content";
	String text = "Apache Spark 大规模数据处理";

	//指定搜索字段和分析器
	QueryParser parser = new QueryParser(searchField, analyzer);

	//用户输入内容
	Query query = parser.parse(text);

	TopDocs topDocs = indexSearcher.search(query, 100);

	// 关键字高亮显示的 html 标签，需要导入 lucene-highlighter-xxx.jar
	SimpleHTMLFormatter simpleHTMLFormatter = new SimpleHTMLFormatter("<span style='color:red'>", "</span>");
	Highlighter highlighter = new Highlighter(simpleHTMLFormatter, new QueryScorer(query));

	for (ScoreDoc scoreDoc : topDocs.scoreDocs) {

		//取得对应的文档对象
		Document document = indexSearcher.doc(scoreDoc.doc);

		// 内容增加高亮显示
		TokenStream tokenStream = analyzer.tokenStream("content", new StringReader(document.get("content")));
		String content = highlighter.getBestFragment(tokenStream, document.get("content"));

		System.out.println(content);
	}

}

响应

<span style='color:red'>Apache</span> <span style='color:red'>Spark</span> 是专为<span style='color:red'>大规模数据处理</span>而设计的快速通用的计算引擎!

代码我已放到 Github ，导入 spring-boot-lucene-demo 项目

github https://github.com/souyunku/spring-boot-examples/tree/master/spring-boot-lucene-demo