【文档搜索引擎】在内存中构造出索引结构（下）

4.保存到磁盘中

为什么要保存在磁盘中

索引本来是存储在内存中的，为什么要将其保存在硬盘中？

• 因为创建索引是比较耗时的

因此我们不应该在服务器启动的时候，才构建索引（启动服务器就可能会拖慢很多很多）

• 通常的做法是：把这些耗时的操作，单独去进行执行
• 单独执行完了之后，再让线上服务器直接加载这个构造好的索引

怎么保存

文本实质上就是字符串，我们就可以把字符串直接保存在文件中。我们就需要把内存中的索引结构变成一个“字符串”，然后写文件即可

• 变成字符串的过程就是——序列化
• 对应的特定结构的字符串，反向解析成一些结构化数据（类/对象/基础数据结构）——反序列化

序列化和反序列化有很多现成的通用方法，此处咱们就直接使用 JSON 格式来进行序列化/反序列化——jackson

• 通过 Maven 仓库，引入依赖

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/com.fasterxml.jackson.core/jackson-databind -->
<dependency><groupId>com.fasterxml.jackson.core</groupId><artifactId>jackson-databind</artifactId><version>2.18.2</version>
</dependency>

操作步骤

1. 前期准备

引入一个 jackson 里面会用到的核心对象

private ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();

• 之后就通过这个对象，完成后续的序列化和反序列化操作

创建一个文件指定存放的目录

private static final String INDEX_PATH =
"/Users/yechiel/Desktop/Byte/code_world/Gitee/java_doc_searcher";

2. 主要操作

使用两个文件，分别保存正排和倒排

1. 先判定一下索引对应的目录是否存在，不存在就创建
2. 然后在索引中分别创建两个文件：forwardIndexFile (正排文件)、invertedIndexFile (倒排文件)
3. 使用 writeValue 方法，将文件进行写入

public void save(){  // 使用两个文件，分别保存正排和倒排  // 1. 先判断一下，索引对应的目录是否存在，不存在就创建  File indexPathFile = new File(INDEX_PATH);  if(!indexPathFile.exists()){  indexPathFile.mkdirs();  }  File forwardIndexFile = new File(INDEX_PATH + "fordword.txt");  File invertedIndexFile = new File(INDEX_PATH + "inverted.txt");  try {  // 第一个参数：写到哪个文件里    第二个：对哪个对象进行写入  objectMapper.writeValue(forwardIndexFile, forwardIndex);  objectMapper.writeValue(invertedIndexFile, invertedIndex);  }catch (IOException e) {  e.printStackTrace();  }  
}

• mkdirs() 可以一次嵌套创建多级目录
• writeValue 方法会报错，要在两个操作外面加上 try-catch。这里调用这个方法就不用我们再将文件变成字符串，然后再写入文件，这里直接进行写入就方便了很多

5. 将磁盘中的数据加载到内存中

public void load(){  System.out.println("加载索引开始！");  // 1. 设置加载索引的路径（和前面保存的路径一样）  File forwardIndexFile = new File(INDEX_PATH + "forward.txt");  File invertedIndexFile = new File(INDEX_PATH + "inverted.txt");  try{  // 第一个参数：从哪里读    第二个参数：当前读到的数据，按照什么类型进行解析  forwardIndex = objectMapper.readValue(forwardIndexFile, new TypeReference<ArrayList<DocInfo>>() {});  invertedIndex = objectMapper.readValue(invertedIndexFile, new TypeReference<HashMap<String, ArrayList<Weight>>>() {});}catch (IOException e){  e.printStackTrace();  }  System.out.println("加载索引结束！");  
}

• readValue 就会直接读取到文件内容，并且把文件内容按照这里指定的类型进行解析
  1. 看见这个类型是 ArrayList<>，然后就预期文件里面的 jason 也是代大括号的数组
  2. 然后看到每一个元素又是 DocInfo，我们的 readValue 就期望，我们的数据里面的大括号里面的每一个字段都得和 DocInfo 是相对应的
     • 这个对应关系我们是可以保证的，因为前面存入磁盘的时候，就是用 objectMapper 的 writeValue() 来去把对象生成 JSON 然后保存的
     • 生成的时候就是按照每一个属性名为 key 来去存的，所以下面解析的时候也是和上面相对应的，根据得到的 JSON 中的每一个 key 的值，来去找到对应对象中的属性，然后给其赋值

---

这里需要将这个这个结构的字符串，转换成一个 ArrayList<DocInfo> 类型的对象，jakson 专门提供了一个辅助工具类—— TypeReference<>

• 这是一个带有泛型参数的类，我们通过这个类的泛型参数，来指定我们实际要转换的类型

forwardIndex = objectMapper.readValue
(forwardIndexFile, new TypeReference<ArrayList<DocInfo>>() {});

• 这里相当于创建了一个匿名内部类的实例（后面 new 的部分）
  • 创建一个匿名内部类，这个类实现了 TypeReference
  • 同时再创建一个这个匿名内部类的实例
  • 创建这个实例的最主要目的，就是为了把 ArrayList<DocInfo> 这个类型信息，告诉 readValue 方法

在 java 中，并不能直接把一个类型作为方法的参数，而是必须得传一个具体的对象，正因为这个语法限制，我们就必须得绕一个弯。通过一个专门的泛型类，再搭配泛型参数，才能完成这个过程

Parser 类完整源码

package com.glg.javadoc_searcher;import java.io.File;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;public class Parser {// 先指定一个加载文档的路径private static final String INPUT_PATH = "/Users/yechiel/Desktop/Byte/code_world/docs";// 创建一个 Index 实例private Index index = new Index();public void run(){// 整个 Parser 的入口// 1. 根据指定的路径，枚举出该路径中所有的文件(HTML)，这个过程需要把所有子目录中的文件都获取到ArrayList<File> fileList = new ArrayList<>();enumFile(INPUT_PATH, fileList);/*for(File file : fileList){System.out.println(file);}System.out.println(fileList.size());
*/// 2. 针对上面罗列出的文件路径，打开路径，读取文件内容，进行解析，并构建索引for(File f : fileList) {// 通过这个方法来解析单个 HTML 文件System.out.println("开始解析： "+ f.getAbsolutePath());parseHTML(f);}// 3. 把在内存中构造好的索引数据结构，保存到指定的文件中index.save();}private void parseHTML(File f) {// 1. 解析出 HTML 的标题String title = parseTitle(f);// 2. 解析出 HTML 对应的 URLString url = parseUrl(f);// 3. 解析出 HTML 对应的正文（有了正文才有后续的描述）String content = parseContent(f);// 4. 将解析出来的这些信息，加入到索引当中index.addDoc(title,url,content);}// 用来解析 HTML 里面的标题信息private String parseTitle(File f) {String name = f.getName();return name.substring(0, name.length() - ".html".length());}// 用来解析 HTML 里面的 URL 信息private String parseUrl(File f) {String part1 = "https://docs.oracle.com/javase/8/docs/";String part2 = f.getAbsolutePath().substring(INPUT_PATH.length());return part1 + part2;}// 用来解析 HTML 里面的正文信息public String parseContent(File f) {//先按照一个字符一个字符的方式来读取，以 < 和 > 来控制拷贝数据的开关StringBuilder content = new StringBuilder();try {FileReader fileReader = new FileReader(f);// 加上一个是否要进行拷贝的开关boolean isCopy = true;// 还得准备一个保存结果的 StringBuilder//StringBuilder content = new StringBuilder();while (true) {// 注意：此处的 read() 返回值是 int，不是 char// 按理说，应该是依次读一个字符，返回 char 就够了呀？// 此处使用 int 作为返回值，主要是为了表示一些非法情况// 比如说读到了文件末尾，继续读，就会返回 -1// 我们就可以根据返回的 -1 判断读完了int ret= fileReader.read();if(ret == -1) {// 表示文件读完了break;}// 这个结果不是 -1，那么就是一个合法的字符了char c = (char)ret;if(isCopy){// 开关打开的状态，遇到普通字符就应该拷贝到 StringBuilder 中if(c == '<'){// 关闭开关isCopy = false;continue;}if(c == '\n' || c == '\r'){// 为了去掉换行，把换行/回车替换成空格c = ' ';}// 其他字符，直接进行拷贝即可，把结果拷贝到最终的 StringBuilder 中content.append(c);}else {// 开关关闭的状态，暂时不拷贝，直到遇到 >if(c == '>'){isCopy = true;}}}fileReader.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}return content.toString();}// 第一个参数表示我们从哪个参数开始进行递归遍历// 第二个参数表示递归得到的结果private void enumFile(String inputPath, ArrayList<File> fileList) {File rootPath = new File(inputPath);// 把当前目录中，所包含的目录名全部获取到// listFiles 能够获取到 rootPath 当前目录下所包含的文件/目录（一层目录，不会进入子文件）File[] files = rootPath.listFiles();for(File f : files) {// 此时我们就根据当前 f 的类型，来决定是否要进行递归// 若 f 是一个普通文件，就把 f 加入到 fileList 结果中// 若 f 是一个目录，就递归调用 enumFile 方法，来进一步地获取子目录中的内容if(f.isDirectory()) {enumFile(f.getAbsolutePath(),fileList);}else {if (f.getAbsolutePath().endsWith(".html"))fileList.add(f);}}}public static void main(String[] args) {// 通过 main 方法，来实现整个制作索引的过程Parser parser = new Parser();parser.run();}
}

Index 类完整源码

package com.glg.javadoc_searcher;import com.fasterxml.jackson.core.type.TypeReference;
import com.fasterxml.jackson.databind.ObjectMapper;
import org.ansj.domain.Term;
import org.ansj.splitWord.analysis.ToAnalysis;import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;// 通过这个类，在内存中构造索引结构
public class Index {private static final String INDEX_PATH = "/Users/yechiel/Desktop/Byte/code_world/Gitee/java_doc_searcher/";private ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();// 使用数组下标表示 docIdprivate ArrayList<DocInfo> forwardIndex = new ArrayList<>();// 使用一个 哈希表 来表示倒排索引// key 就是词     value 就是一簇和这个词相关的文章private HashMap<String, ArrayList<Weight>> invertedIndex = new HashMap<>();// 这个类要提供的方法// 1. 给定一个 docId，在正排索引中，查询文档的详细信息public DocInfo getDocInfo(int docId){return forwardIndex.get(docId);}// 2. 给定一个词，在倒排索引中，查询哪些文档和这个词关联// 仔细思考这里的返回值，单纯的返回一个整数的 List 是否可行呢？这样不太好（返回整数是因为 List 里面存的是文档 id）// 词和文档之间是存在一定的“相关性”的（文档和词的相关性有强有弱），不是单一的依次排列// 所以我们再创建一个 Weight 类来处理 文档id 和 文档与词 的相关性权重public List<Weight> getInverted(String term){return invertedIndex.get(term);}// 3. 往索引中新增一个文档public void addDoc(String title, String url, String content){// 新增文档操作，需要同时给正排索引和倒排索引新增信息// 构建正排索引DocInfo docInfo = buildForward(title, url, content);// 构建倒排索引buildInverted(docInfo);}// 实现倒排索引private void buildInverted(DocInfo docInfo) {// 直接使用内部类，词频统计class WordCnt {public int titleCount;public int contentCount;}// 通过一个内部类，将两个数据装到一起了，变成一个 HashMap，更方便遍历// 这个数据结构用来统计词频HashMap<String, WordCnt> wordCntHashMap = new HashMap<>();// 3.1 针对文档标题进行分词List<Term> terms = ToAnalysis.parse(docInfo.getTitle()).getTerms();// 3.2 遍历分词结果，统计每个词出现的次数for(Term term : terms){// 先判断一下 term 是否存在String word = term.getName();WordCnt wordCnt = wordCntHashMap.get(word);if(wordCnt == null) {// 如果不存在，就创建一个新的键值对，插入进去，titleCount 设为 1WordCnt newWordCnt = new WordCnt();newWordCnt.titleCount = 1;newWordCnt.contentCount = 0;wordCntHashMap.put(word, newWordCnt);}// 如果存在，就找到之前的值，然后把对应的 titleCount + 1wordCnt.titleCount++;}// 3.3 针对正文页进行分词terms = ToAnalysis.parse(docInfo.getContent()).getTerms();// 3.4 遍历分词结果，统计每个词出现的次数for(Term term : terms) {String word = term.getName();WordCnt wordCnt = wordCntHashMap.get(word);if(wordCnt == null) {WordCnt newWordCnt = new WordCnt();newWordCnt.titleCount = 0;newWordCnt.contentCount = 1;wordCntHashMap.put(word, newWordCnt);}else{wordCnt.contentCount++;}}// 3.5 把上面的结果汇总到一个 HashMap 里面//    最终文档的权重，就设定成标题中出现的次数 * 10 + 正文中出现的次数// 3.6 遍历刚才这个 HashMap，依次来更新倒排索引中的结构// 将 Map 转换成 Set 进行遍历（Map 不能直接进行遍历）for(Map.Entry<String, WordCnt> entry : wordCntHashMap.entrySet()) {// 先根据这里的词，去倒排索引中查一查// 倒排索引中的一个值——倒排拉链List<Weight> invertedList = invertedIndex.get(entry.getKey());// 判断是不是存在的（空的）if(invertedList == null) {// 如果为空，就插入一个新的键值对ArrayList<Weight> newInvertedList = new ArrayList<>();// 把新的文档（当前的 DocInfo）构造成 Weight 对象，插入进来Weight weight = new Weight();weight.setDocId(docInfo.getDocId());// 权重计算公式：标题中出现的次数 * 10 + 正文中出现的次数weight.setWeight(entry.getValue().titleCount * 10 + entry.getValue().contentCount);newInvertedList.add(weight);invertedIndex.put(entry.getKey(), newInvertedList);}else{// 如果非空，就把当前这个文档，构造出一个 Weight 对象，插入到倒排拉链的后面Weight weight = new Weight();weight.setDocId(docInfo.getDocId());// 权重计算公式：标题中出现的次数 * 10 + 正文中出现的次数weight.setWeight(entry.getValue().titleCount * 10 + entry.getValue().contentCount);invertedList.add(weight);}}}private DocInfo buildForward(String title, String url, String content) {DocInfo docInfo = new DocInfo();docInfo.setDocId(forwardIndex.size());docInfo.setTitle(title);docInfo.setUrl(url);docInfo.setContent(content);forwardIndex.add(docInfo);return docInfo;}// 4. 把内存中的索引结构保存到磁盘中public void save(){long beg = System.currentTimeMillis();// 使用两个文件，分贝保存正排和倒排System.out.println("保存索引开始！");// 先判断一下，索引对应的目录是否存在，不存在就创建File indexPathFile = new File(INDEX_PATH);if(!indexPathFile.exists()){indexPathFile.mkdirs();}File forwardIndexFile = new File(INDEX_PATH + "fordword.txt");File invertedIndexFile = new File(INDEX_PATH + "inverted.txt");try {// 第一个参数：写到哪个文件里    第二个：对哪个对象进行写入objectMapper.writeValue(forwardIndexFile, forwardIndex);objectMapper.writeValue(invertedIndexFile, invertedIndex);}catch (IOException e) {e.printStackTrace();}long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("保存索引完成！消耗时间为：" + (end - beg) + "ms");}// 5. 把磁盘中的索引数据加载到内存中public void load(){long beg = System.currentTimeMillis();System.out.println("加载索引开始！");// 设置加载索引的路径（和前面保存的路径一样）File forwardIndexFile = new File(INDEX_PATH + "forward.txt");File invertedIndexFile = new File(INDEX_PATH + "inverted.txt");try{// 第一个参数：从哪里读    第二个参数：当前读到的数据，按照什么类型进行解析forwardIndex = objectMapper.readValue(forwardIndexFile, new TypeReference<ArrayList<DocInfo>>() {});invertedIndex = objectMapper.readValue(invertedIndexFile, new TypeReference<HashMap<String, ArrayList<Weight>>>() {});}catch (IOException e){e.printStackTrace();}long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("加载索引结束！消耗时间为：" + (end - beg) + "ms");}}