原文链接# Lucene学习总结之四：Lucene索引过程分析(1)、# Lucene索引过程分析(2)、#Lucene索引过程分析(3)、# Lucene索引过程分析(4)，这里做一些摘要并收藏。
对于Lucene的索引创建过程，除了将词(Term)写入倒排表并最终写入Lucene的索引文件外，还包括分词(Analyzer)和合并段(merge segment)的过程。
本次暂不包括这两部分，将在以后的文件中进行分析。
Lucene的索引过程，很多的博客，文章都有介绍，推荐大家上网搜一篇文章：《Annotated Lucene》，好像中文名称叫《Lucene源码剖析》是很不错的。
想要真正了解Lucene索引文件过程，最好的办法是跟进代码调试，对着文章看代码，这样不但能够最详细准确的掌握索引过程(描述都是有偏差的，而代码是不会骗你的)，而且还能够学习Lucene的一些优秀的实现，能够在以后的工作中为我所用，毕竟Lucene是比较优秀的开源项目之一。
本索引过程为Lucene 3.0.0的索引过程。
一、索引过程体系结构
Lucene 3.0的搜索要经历一个十分复杂的过程，各种信息分散在不同的对象中分析，处理，写入，为了支持多线程，每个线程都创建了一系列类似结构的对象集，为了提高效率，要复用一些对象集，这使得索引过程更加复杂。
其实索引过程，就是经历下图中所示的索引链的过程，索引链中的每个节点，负责索引文档中的不同部分的信息，当经历完所有的索引链的时候，文档就处理完毕了。最初的索引链，我们称之为基本索引链。
为了支持多线程，使得多个线程能够并发处理文档，因而每个线程都要建立自己的索引链体系，使得每个线程能够独立工作，在基本索引链基础上建立起来的每个线程独立的索引链体系，我们称之为线程索引链。
为了提高效率，考虑到对相同域的处理有相似的过程，应用的还蠢也大致相当，因而不必每个线程在处理每一篇文档的时候都重新创建一系列对象，而是复用这些对象。所以对每个域也建立了自己的索引链体系，我们称之为域索引链。域索引链的每个节点是由线程索引链中的相应的节点调用addFields创建的。
当完成对文档的处理后，各部分信息都要写到索引文件中，写入索引文件的过程是同步的，不是多线程的，也是沿着基本索引链将各部分信息依次写入索引文件的。
下面详细分析这一过程。
索引过程
二、详细索引过程
1、创建IndexWriter对象
代码：
IndexWriter writer = new IndexWriter(
FSDirectory.open(INDEX_DIR),
new StandardAnalyzer(Version.LUCENE_CURRENT),
true,
IndexWriter.MaxFieldLength.LIMITED);
IndexWriter对象主要包含以下几个方面的信息：
-
用于索引文档
- Directory directory；指向索引文件夹
- Analyzer analyzer； 分词器
- Similarity similarity = Similarity.getDefault()；影响打分的标准化因子(normalization fatcor)部分，对文档的打分分两个部分，一部分是索引阶段计算的，与查询语句无关，一部分是搜索阶段计算的，与查询语句相关。
- SegmentInfos segmentInfos = new SegmentInfos()；保存段信息，大家会发现，和segments_N中的信息几乎一一对应。
- IndexFileDeleter deleter；此对象不是用来删除文档的，而是用来管理索引文件的。
- Lock writeLock；每一个索引文件夹只能打开一个IndexWriter，所以需要锁。
- Set<SegmentInfo> segmentsToOptimize = new HashSet<SegmentInfo>()；保存正在最优化(optimize)的段信息。当调用optimize的时候，当前所有的段信息加入此Set，此后新生成的段并不参与此次最优化。
-
用于合并段，在合并段的文章中将详细描述
- SegmentInfos localRollbaskSegmentInfos；
- HashSet<SegmentInfo> mergingSegments = new HashSet<SegmentInfo>()；
- MergePolicy mergePolicy = new LogByteSizeMergePolicy(this)；
- MergeScheduler mergeScheduler = new ConcurrentMergeScheduler()；
- LinkedList<MergePolicy.OneMerge> pendingMerges = new LinkedList<MergePolicy.OneMerge>()；
- Set<MergePolicy.OneMerge> = runningMerges = new HashSet<MergePolicy.OneMerge>()；
- List<MergePolicy.OneMerge> mergeExceptions = new ArrayList<MergePolicy.OneMerge>()；
- long mergeGen；
-
为保持索引完整性、一致性和事务性
- SegmentInfos rollbackSegmentInfos；当IndexWriter对索引进行了添加，删除文档操作后，可以调用commit将修改提交到文件中去，也可以调用rollback取消上次commit到此时的修改。
- SegmentInfos localRollbackSegmentInfos；此段主要用于将其他的索引文件夹合并到此索引文件夹的时候，为防止合并到一般出错可能回滚所保存的原来的段信息。
-
一些配置
- long writeLockTimeout；获得锁的时间超时。当超时的时候，说明此索引文件夹已经被另一个IndexWriter打开了。
- int termIndexInterval；同tii和tis文件中的indexInterval。
有关SegmentInfos对象所保存的信息：
+ 当索引文件夹如下的时候，SegmentInfo对象如下表。
segmentInfos SegmentInfos (id=37)
capacityIncrement 0
counter 3
elementCount 3
elementData Object[10] (id=68)
[0] SegmentInfo (id=166)
delCount 0
delGen -1
diagnostics HashMap<K,V> (id=170)
dir SimpleFSDirectory (id=171)
docCount 2
docStoreIsCompoundFile false
docStoreOffset -1
docStoreSegment null
files ArrayList<E> (id=173)
hasProx true
hasSingleNormFile true
isCompoundFile 1
name "_0"
normGen null
preLockless false
sizeInBytes 635
[1] SegmentInfo (id=168)
delCount 0
delGen -1
diagnostics HashMap<K,V> (id=177)
dir SimpleFSDirectory (id=171)
docCount 2
docStoreIsCompoundFile false
docStoreOffset -1
docStoreSegment null
files ArrayList<E> (id=178)
hasProx true
hasSingleNormFile true
isCompoundFile 1
name "_1"
normGen null
preLockless false
sizeInBytes 635
[2] SegmentInfo (id=169)
delCount 0
delGen -1
diagnostics HashMap<K,V> (id=180)
dir SimpleFSDirectory (id=171)
docCount 2
docStoreIsCompoundFile false
docStoreOffset -1
docStoreSegment null
files ArrayList<E> (id=214)
hasProx true
hasSingleNormFile true
isCompoundFile 1
name "_2"
normGen null
preLockless false
sizeInBytes 635
generation 4
lastGeneration 4
modCount 3
pendingSegnOutput null
userData HashMap<K,V> (id=146)
version 1263044890832
有关IndexFileDeleter：
- 其不是用来删除文档的，而是用来管理索引文件的。
- 在对文档的添加、删除，对段的合并的处理的时候，会生成很多新的文件，并需要删除老的文件，因而需要管理。
- 然而要被删除的文件又可能在被用，因而要保存一个引用计数，仅仅当引用计数为0的时候，才执行删除。
- 下面这个例子能很好的说明IndexFileDeleter何如对文件引用计数并进行添加和删除的。
(1) 创建IndexWriter时
IndexWriter writer = new IndexWriter(
FSDirectory.open(indexDir)，
new StandardAnalyzer(Version.LUCENE_CURRENT)，
true，
IndexWriter.MaxFieldLength.LIMITED);
writer.setMergeFactor(3);
索引文件夹如下：
引用计数如下：
refCounts HashMap<K,V> (id = 101)
size 1
table HashMap$Entry<K,V>[16] (id = 105)
[8] hashMap$Entry<K,V> (id = 110)
key "segments_1"
value IndexFileDeleter$RefCount (id = 38)
count 1
(2) 添加第一个段时
indexDocs(writer, docDir);
writer.commit();
首先生成的不是compound文件
因而引用计数如下：
refCounts HashMap<K,V> (id = 101)
size 9
table hashMap$Entry<K,V>[16] (id = 105)
[1] hashMap$Entry<K,V> (id = 129)
key "_0.tis"
value IndexFileDeleter$RefCount(id = 138)
count 1
[3] HashMap$Entry<K,V> (id = 130)
key "_0.fnm"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=141)
count 1
[4] HashMap$Entry<K,V> (id = 134)
key "_0.tii"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=142)
count 1
[8] HashMap$Entry<K,V> (id = 135)
key "_0.frq"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=143)
count 1
[10] HashMap$Entry<K,V> (id = 136)
key "_0.fdx"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=144)
count 1
[13] HashMap$Entry<K,V> (id = 139)
key "_0.prx"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=145)
count 1
[14] HashMap$Entry<K,V> (id = 140)
key "_0.fdt"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=146)
count 1
然后会合并成compound文件，并加入引用计数
refCounts HashMap<K,V> (id=101)
size 10
table HashMap$Entry<K,V>[16] (id=105)
[1] HashMap$Entry<K,V> (id=129)
key "_0.tis"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=138)
count 1
[2] HashMap$Entry<K,V> (id=154)
key "_0.cfs"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=155)
count 1
[3] HashMap$Entry<K,V> (id=130)
key "_0.fnm"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=141)
count 1
[4] HashMap$Entry<K,V> (id=134)
key "_0.tii"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=142)
count 1
[8] HashMap$Entry<K,V> (id=135)
key "_0.frq"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=143)
count 1
[10] HashMap$Entry<K,V> (id=136)
key "_0.fdx"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=144)
count 1
[13] HashMap$Entry<K,V> (id=139)
key "_0.prx"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=145)
count 1
[14] HashMap$Entry<K,V> (id=140)
key "_0.fdt"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=146)
count 1
然后会用IndexFileDeleter.decRef()来删除[_0.nrm, _0.tis, _0.fnm, _0.tii, _0.frq, _0.fdx, _0.prx, _0.fdt]文件
refCounts HashMap<K,V> (id=101)
size 2
table HashMap$Entry<K,V>[16] (id=105)
[2] HashMap$Entry<K,V> (id=154)
key "_0.cfs"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=155)
count 1
[8] HashMap$Entry<K,V> (id=110)
key "segments_1"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=38)
count 1
然后建立新的segment_2
refCounts HashMap<K,V> (id=77)
size 3
table HashMap$Entry<K,V>[16] (id=84)
[2] HashMap$Entry<K,V> (id=87)
key "_0.cfs"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=91)
count 3
[8] HashMap$Entry<K,V> (id=89)
key "segments_1"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=62)
count 0
[9] HashMap$Entry<K,V> (id=90)
key "segments_2"
next null
value IndexFileDeleter$RefCount (id=93)
count 1
然后IndexFileDeleter.decRef() 删除segments_1文件
refCounts HashMap<K,V> (id=77)
size 2
table HashMap$Entry<K,V>[16] (id=84)
[2] HashMap$Entry<K,V> (id=87)
key "_0.cfs"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=91)
count 2
[9] HashMap$Entry<K,V> (id=90)
key "segments_2"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=93)
count 1
(3) 添加第二个段
indexDocs(writer, docDir);
writer.commit();
(4) 添加第三个段，由于MergeFactor为3，则会进行一次段合并。
indexDocs(writer, docDir);
writer.commit();
首先和其他的段一样，生成_2.cfs以及segment_4
同时创建了一个线程来进行背后进行段合并(ConcurrentMergeScheduler$MergeThread.run())
这时候的引用计数如下：
refCounts HashMap<K,V> (id=84)
size 5
table HashMap$Entry<K,V>[16] (id=98)
[2] HashMap$Entry<K,V> (id=112)
key "_0.cfs"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=117)
count 1
[4] HashMap$Entry<K,V> (id=113)
key "_3.cfs"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=118)
count 1
[12] HashMap$Entry<K,V> (id=114)
key "_1.cfs"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=119)
count 1
[13] HashMap$Entry<K,V> (id=115)
key "_2.cfs"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=120)
count 1
[15] HashMap$Entry<K,V> (id=116)
key "segments_4"
value IndexFileDeleter$RefCount (id=121)
count 1
(5)关闭writer
writer.close();
通过IndexFileDeleter.decRef()删除被合并的段
有关SimpleFSLock进行JVM之间的同步：
- 有时候，我们写java程序的时候，也需要不同的JVM之间进行同步，来保护一个整个系统中唯一的资源。
- 如果唯一的资源仅仅在一个进程中，则可以使用线程同步机制
- 然而如果唯一的资源要被多个进程进行访问，则需要进程间同步机制，无论是Windows和Linux在操作系统层面都有很多进程之间同步的机制。
- 但进程间的同步却不是Java的特长，Lucene的SimpleFSLock给我们提供了一种方式。
// Lock的抽象类
public abstract class Lock {
public static long LOCK_POLL_INTERVAL = 1000;
public static final long LOCK_OBTAIN_WAIT_FOREVER = -1;
public abstract boolean obtain() throws IOException;
public boolean obtain(long lockWaitTimeout) throws LockObtainFailedException, IOException {
boolean locked = obtain();
if (lockWaitTimeout < 0 && lockWaitTimeout != LOCK_OBTAIN_WAIT_FOREVER)
throw new IllegalArgumentException("...");
long maxSleepCount = lockWaitTimeout / LOCK_POLL_INTERVAL;
long sleepCount = 0;
while (!locked) {
if (lockWaitTimeout != LOCK_OBTAIN_WAIT_FOREVER && sleepCount++ >= maxSleepCount) {
throw new LockObtainFailedException("Lock obtain timed out.");
}
try {
Thread.sleep(LOCK_POLL_INTERVAL);
} catch (InterruptedException ie) {
throw new ThreadInterruptedException(ie);
}
locked = obtain();
}
return locked;
}
public abstract void release() throws IOException;
public abstract boolean isLocked() throws IOException;
}
//LockFactory的抽象类
public abstract class LockFactory {
public abstract Lock makeLock(String lockName);
abstract public void clearLock(String lockName) throws IOException;
}
//SimpleFSLock的实现类
class SimpleFSLock extends Lock {
File lockFile;
File lockDir;
public SimpleFSLock(File lockDir, String lockFileName) {
this.lockDir = lockDir;
lockFile = new File(lockDir, lockFileName);
}
@Override
public boolean obtain() throws IOException {
if (!lockDir.exists()) {
if (!lockDir.mkdirs())
throw new IOException("Cannot create directory: " + lockDir.getAbsolutePath());
} else if (!lockDir.isDirectory()) {
throw new IOException("Found regular file where directory expected: " + lockDir.getAbsolutePath());
}
return lockFile.createNewFile();
}
@Override
public void release() throws LockReleaseFailedException {
if (lockFile.exists() && !lockFile.delete())
throw new LockReleaseFailedException("failed to delete " + lockFile);
}
@Override
public boolean isLocked() {
return lockFile.exists();
}
}
//SimpleFSLockFactory的实现类
public class SimpleFSLockFactory extends FSLockFactory {
public SimpleFSLockFactory(String lockDirName) throws IOException {
setLockDir(new File(lockDirName));
}
@Override
public Lock makeLock(String lockName) {
if (lockPrefix != null) {
lockName = lockPrefix + "-" + lockName;
}
return new SimpleFSLock(lockDir, lockName);
}
@Override
public void clearLock(String lockName) throws IOException {
if (lockDir.exists()) {
if (lockPrefix != null) {
lockName = lockPrefix + "-" + lockName;
}
File lockFile = new File(lockDir, lockName);
if (lockFile.exists() && !lockFile.delete()) {
throw new IOException("Cannot delete " + lockFile);
}
}
}
};
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