Lucene 索引文件格式的規格定義

2019-11-18 13:10:00

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　　本文定義了LUCene（版本1.3）用到的索引文件的格式。
　　
　　Jakarta Lucene是用java寫成的，同時有很多團體正在默默的用其他的程序語言來改寫它。假如這些新的版本想和Jakarta Lucene兼容，就需要一個與具體語言無關的Lucene索引文件格式。本文正是試圖提供一個完整的與語言無關的Jakarta Lucene 1.3索引文件格式的規格定義。
　　
　　隨著Lucene不斷發展，本文也應該更新。不同語言寫成的Lucene實現版本應當盡力遵守文件格式，也必須產生本文的新版本。
　　
　　本文同時提供兼容性批注，描述文件格式上與前一版本不同的地方。
　　
　　定義　
　　Lucene中最基礎的概念是索引（index），文檔（document．，域（field）和項（term）。
　　
　　索引包含了一個文檔的序列。
　　
　　·　文檔是一些域的序列。
　　
　　·　域是一些項的序列。
　　
　　·　項就是一個字串。
　　
　　存在于不同域中的同一個字串被認為是不同的項。因此項實際是用一對字串表示的，第一個字串是域名，第二個是域中的字串。
　　
　　倒排索引
　　為了使得基于項的搜索更有效率，索引中項是靜態存儲的。Lucene的索引屬于索引方式中的倒排索引，因為對于一個項這種索引可以列出包含它的文檔。這剛好是文檔與項自然聯系的倒置。
　　
　　域的類型　
　　Lucene中，域的文本可能以逐字的非倒排的方式存儲在索引中。而倒排過的域稱為被索引過了。域也可能同時被存儲和被索引。
　　
　　域的文本可能被分解許多項目而被索引，或者就被用作一個項目而被索引。大多數的域是被分解過的，但是有些時候某些標識符域被當做一個項目索引是很有用的。
　　
　　段（Segment）　
　　Lucene索引可能由多個子索引組成，這些子索引成為段。每一段都是完整獨立的索引，能被搜索。索引是這樣作成的：
　　
　　1.　　為新加入的文檔創建新段。
　　
　　2.　　合并已經存在的段。
　　
　　搜索時需要涉及到多個段和/或者多個索引，每一個索引又可能由一些段組成。
　　
　　文檔號（document．nbspNumber）　
　　內部的來說，Lucene用一個整形（interger）的文檔號來指示文檔。第一個被加入到索引中的文檔就是0號，順序加入的文檔將得到一個由前一個號碼遞增而來的號碼。
　　
　　注重文檔號是可能改變的，所以在Lucene外部存儲這些號碼時必須小心。非凡的，號碼的改變的情況如下：
　　
　　·　只有段內的號碼是相同的，不同段之間不同，因而在一個比段廣泛的上下文環境中使用這些號碼時，就必須改變它們。標準的技術是根據每一段號碼多少為每一段分配一個段號。將段內文檔號轉換到段外時，加上段號。將某段外的文檔號轉換到段內時，根據每段中可能的轉換后號碼范圍來判定文檔屬于那一段，并減調這一段的段號。例如有兩個含5個文檔的段合并，那么第一段的段號就是0，第二段段號5。第二段中的第三個文檔，在段外的號碼就是8。
　　
　　·　文檔刪除后，連續的號碼就出現了間斷。這可以通過合并索引來解決，段合并時刪除的文檔相應也刪掉了，新合并而成的段并沒有號碼間斷。
　　
　　緒論
　　索引段維護著以下的信息：
　　
　　·　域集合。包含了索引中用到的所有的域。
　　
　　·　域值存儲表。每一個文檔都含有一個“屬性－值”對的列表，屬性即為域名。這個列表用來存儲文檔的一些附加信息，如標題，url或者訪問數據庫的一個ID。在搜索時存儲域的集合可以被返回。這個表以文檔號標識。
　　
　　·　項字典。這個字典含有所有文檔的所有域中使用過的的項，同時含有使用過它的文檔的文檔號，以及指向使用頻數信息和位置信息的指針。
　　
　　·　項頻數信息。對于項字典中的每個項，這些信息包含含有這個項的文檔的總數，以及每個文檔中使用的次數。
　　
　　·　項位置信息。對于項字典中的每個項，都存有在每個文檔中出現的各個位置。
　　
　　·　 Normalization factors. For each field in each document． a value is stored that is multiplied into the score for hits on that field. 標準化因子。對于文檔中的每一個域，存有一個值，用來以后乘以這個這個域的命中數（hits）。
　　
　　·　被刪除的文檔信息。這是一個可選文件，用來表明那些文檔已經刪除了。
　　
　　接下來的各部分部分具體描述這些信息。
　　
　　文件的命名（File Naming）
　　同屬于一個段的文件擁有相同的文件名，不同的擴展名。擴展名由以下討論的各種文件格式確定。
　　
　　一般來說，一個索引存放一個目錄，其所有段都存放在這個目錄里，盡管我們不要求您這樣做。
　　
　　基本數據類型（PRimitive Types）
　　Byte
　　
　　最基本的數據類型就是字節（byte，8位）。文件就是按字節順序訪問的。其它的一些數據類型也定義為字節的序列，文件的格式具有字節意義上的獨立性。
　　
　　UInt32
　　
　　32位無符號整數，由四個字節組成，高位優先。
　　
　　UInt32 --> 4
　　
　　Uint64
　　
　　64位無符號整數，由八字節組成，高位優先。
　　
　　UInt64 --> 8
　　
　　VInt
　　
　　可變長的正整數類型，每字節的最高位表明還剩多少字節。每字節的低七位表明整數的值。因此單字節的值從0到127，兩字節值從128到16,383，等等。
　　
　　VInt 編碼示例
　　
　　value
　　 First byte
　　 Second byte
　　 Third byte　
　　0
　　 00000000
　　
　　1
　　 00000001
　　
　　2
　　 00000010　
　　...
　　
　　127
　　 01111111
　　
　　128
　　 10000000
　　 00000001
　　　
　　129
　　 10000001
　　 00000001
　　　
　　130
　　 10000010
　　 00000001
　　...
　　
　　16,383
　　 11111111
　　 01111111
　　
　　16,384
　　 10000000
　　 10000000
　　 00000001
　　
　　16,385
　　 10000001
　　 10000000
　　 00000001
　　
　　...
　　
　　這種編碼提供了一種在高效率解碼時壓縮數據的方法。
　　
　　Chars
　　
　　Lucene輸出UNICODE字符序列，使用標準UTF-8編碼。
　　
　　String
　　
　　Lucene輸出由VINT和字符串組成的字串，VINT表示字串長，字符串緊接其后。
　　
　　String --> VInt, Chars
　　
　　索引包含的文件（Per-Index Files）
　　這部分介紹每個索引包含的文件。
　　
　　Segments文件
　　索引中活動的段存儲在Segments文件中。每個索引只能含有一個這樣的文件，名為"segments".這個文件依次列出每個段的名字和每個段的大小。
　　
　　Segments --> SegCount, SegCount
　　
　　SegCount, SegSize --> UInt32
　　
　　SegName --> String
　　
　　SegName表示該segment的名字，同時作為索引其他文件的前綴。
　　
　　SegSize是段索引中含有的文檔數。
　　
　　Lock文件
　　有一些文件用來表示另一個進程在使用索引。
　　
　　·　假如存在"commit.lock"文件，表示有進程在寫"segments"文件和刪除無用的段索引文件，或者表示有進程在讀"segments"文件和打開某些段的文件。在一個進程在讀取"segments"文件段信息后，還沒來得及打開所有該段的文件前，這個Lock文件可以防止另一個進程刪除這些文件。
　　
　　·　假如存在"index.lock"文件，表示有進程在向索引中加入文檔，或者是從索引中刪除文檔。這個文件防止很多文件同時修改一個索引。
　　
　　Deleteable文件
　　名為"deletetable"的文件包含了索引不再使用的文件的名字，這些文件可能并沒有被實際的刪除。這種情況只存在與Win32平臺下，因為Win32下文件仍打開時并不能刪除。
　　
　　Deleteable --> DelableCount, DelableCount
　　
　　DelableCount --> UInt32
　　
　　DelableName --> String
　　
　　段包含的文件（Per-Segment Files）
　　剩下的文件是每段中包含的文件，因此由后綴來區分。
　　
　　域（Field）
　　
　　域集合信息（Field Info）
　　所有域名都存儲在這個文件的域集合信息中，這個文件以后綴.fnm結尾。
　　
　　FieldInfos (.fnm) --> FieldsCount, FieldsCount
　　
　　FieldsCount --> VInt
　　
　　FieldName --> String
　　
　　FieldBits --> Byte
　　
　　目前情況下，FieldBits只有使用低位，對于已索引的域值為1，對未索引的域值為0。
　　
　　文件中的域根據它們的次序編號。因此域0是文件中的第一個域，域1是接下來的，等等。這個和文檔號的編號方式相同。
　　
　　域值存儲表（Stored Fields）
　　域值存儲表使用兩個文件表示：
　　
　　1.　　域索引（.fdx文件）。
　　
　　如下，對于每個文檔這個文件包含指向域值的指針：
　　
　　FieldIndex (.fdx) --> SegSize
　　
　　FieldvaluesPosition --> Uint64
　　
　　FieldvaluesPosition指示的是某一文檔的某域的域值在域值文件中的位置。因為域值文件含有定

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