如何使用 Lucene 做网站高亮搜索功能？

Posted 2021-04-24 武哥聊编程

现在基本上所有网站都支持搜索功能，现在搜索的工具有很多，比如solr、elasticsearch，它们都是基于 Lucene 实现的，各有各的使用场景。Lucene 比较灵活，中小型项目中使用的比较多，我个人也比较喜欢用。

0. 效果展示

我前段时间做了一个网站，搜索功能用的就是 Lucene 技术，效果还可以，支持中文高亮显示，支持标题和摘要同时检索，若能检索出，均高亮展示等功能，可以看下效果。

可以看出，搜索 “微服务” 之后，可以将相关的资源全部检索出来，不管是标题包含还是摘要包含都可以检索出来。这是比较精确的匹配，还有非精确的匹配也支持，比如我搜索 “Java项目实战”，看看结果如何。

可以看出，如果不能完全精确匹配，Lucene 也可以做模糊匹配，将最接近搜索的内容给检索出来，展示在页面上。我个人还是比较喜欢使用 Lucene 的，关于 Lucene 全文检索的原理我就不浪费篇幅介绍了，谷歌百度有一大堆原理。这篇文章主要来分享下如何使用 Lucene 做到这个功能。

1. 依赖导入

使用 Lucene 有几个核心的依赖需要导入到项目中，上面展示的这个效果涉及到中文的分词，所以中文分词依赖也需要导入。

<!-- Lucence核心包 -->
<dependency>
  <groupId>org.apache.lucene</groupId>
  <artifactId>lucene-core</artifactId>
  <version>5.3.1</version>
</dependency>

<!-- Lucene查询解析包 -->
<dependency>
  <groupId>org.apache.lucene</groupId>
  <artifactId>lucene-queryparser</artifactId>
  <version>5.3.1</version>
</dependency>

<!--支持分词高亮  -->
<dependency>
  <groupId>org.apache.lucene</groupId>
  <artifactId>lucene-highlighter</artifactId>
  <version>5.3.1</version>
</dependency>

<!--支持中文分词  -->
<dependency>
  <groupId>org.apache.lucene</groupId>
  <artifactId>lucene-analyzers-smartcn</artifactId>
  <version>5.3.1</version>
</dependency>

2. 建立分词索引

使用 Lucene 首先要建立索引，然后再查询。如何建立索引呢？为了更好的说明问题，我在这写一个 demo：直接对字符串内容建立索引。因为在实际项目中，绝大部分情况是获取到一些文本字符串（比如从表中查询出来的结果），然后对该文本字符串建立索引。

索引建立的过程，先要获取 IndexWriter 对象，然后将相关的内容生成索引，索引的 key 可以自己根据项目中的情况来自定义，value 是自己处理过的文本，或者从数据库中查询出来的文本。生成的时候，我们需要使用中文分词器。代码如下：

public class ChineseIndexer {
    /**
     * 存放索引的位置
     */
    private Directory dir;

    //准备一下用来测试的数据
    //用来标识文档
    private Integer ids[] = {1, 2, 3};
    private String citys[] = {"上海", "南京", "青岛"};
    private String descs[] = {
            "上海是个繁华的城市。",
            "南京是一个文化的城市南京，简称宁，是江苏省会，地处中国东部地区，
            长江下游，濒江近海。全市下辖11个区，总面积6597平方公里，2013年建
            成区面积752.83平方公里，常住人口818.78万，其中城镇人口659.1万人。
            [1-4] “江南佳丽地，金陵帝王州”，南京拥有着6000多年文明史、近2600
            年建城史和近500年的建都史，是中国四大古都之一，有“六朝古都”、
            “十朝都会”之称，是中华文明的重要发祥地，历史上曾数次庇佑华夏之正
            朔，长期是中国南方的政治、经济、文化中心，拥有厚重的文化底蕴和丰富
            的历史遗存。[5-7] 南京是国家重要的科教中心，自古以来就是一座崇文重
            教的城市，有“天下文枢”、“东南第一学”的美誉。截至2013年，南京有
            高等院校75所，其中211高校8所，仅次于北京上海；国家重点实验室25所、
            国家重点学科169个、两院院士83人，均居中国第三。[8-10] 。",
            "青岛是一个美丽的城市。"
    };

    /**
     * 生成索引
     * @param indexDir
     * @throws Exception
     */
    public void index(String indexDir) throws Exception {
        dir = FSDirectory.open(Paths.get(indexDir));
        // 先调用 getWriter 获取IndexWriter对象
        IndexWriter writer = getWriter();
        for(int i = 0; i < ids.length; i++) {
            Document doc = new Document();
            // 把上面的数据都生成索引，分别用id、city和desc来标识
            doc.add(new IntField("id", ids[i], Field.Store.YES));
            doc.add(new StringField("city", citys[i], Field.Store.YES));
            doc.add(new TextField("desc", descs[i], Field.Store.YES));
            //添加文档
            writer.addDocument(doc);
        }
        //close了才真正写到文档中
        writer.close();
    }

    /**
     * 获取IndexWriter实例
     * @return
     * @throws Exception
     */
    private IndexWriter getWriter() throws Exception {
        //使用中文分词器
        SmartChineseAnalyzer analyzer = new SmartChineseAnalyzer();
        //将中文分词器配到写索引的配置中
        IndexWriterConfig config = new IndexWriterConfig(analyzer);
        //实例化写索引对象
        IndexWriter writer = new IndexWriter(dir, config);
        return writer;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new ChineseIndexer().index("D:\\lucene2");
    }
}

这里我们用 id、city、desc 分别代表 id、城市名称和城市描述，用他们作为关键字来建立索引，后面我们获取内容的时候，主要来获取城市描述。南京的描述我故意写的长一点，因为下文检索的时候，根据不同的关键字会检索到不同部分的信息，有个权重的概念在里面。

然后执行一下 main 方法，将索引保存到 D:\lucene2\ 中。

3. 中文分词查询

中文分词查询效果是：将查询出来的关键字标红加粗。它的原理很简单：需要计算出一个得分片段，这是什么意思呢？比如上面那个文本中我搜索 “南京文化” 跟搜索 “南京文明”，应该会返回不同的结果，这个结果是根据计算出的得分片段来确定的。

这么说，大家可能不太明白，我举个更加通俗的例子，比如有一段文本：“你好，我的名字叫倪升武，科大讯飞软件开发工程师……，江湖人都叫我武哥，我一直觉得，人与人之间讲的是真诚，而不是套路。……”。

如果我搜 “倪升武”，可能会给我返回结果：“我的名字叫倪升武，科大讯飞软件开发工程师”；如果我搜 “武哥”，可能会给我返回结果：“江湖人都叫我武哥，我一直觉得”。这就是根据搜索关键字来计算一段文本不同地方的得分，将最符合的部分搜出来。

明白了原理，我们看一下代码，我把详细的步骤写在注释中了，避免大篇幅阐述。

public class ChineseSearch {

    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(ChineseSearch.class);

    public static List<String> search(String indexDir, String q) throws Exception {

        //获取要查询的路径，也就是索引所在的位置
        Directory dir = FSDirectory.open(Paths.get(indexDir));
        IndexReader reader = DirectoryReader.open(dir);
        IndexSearcher searcher = new IndexSearcher(reader);
        //使用中文分词器
        SmartChineseAnalyzer analyzer = new SmartChineseAnalyzer();
        //由中文分词器初始化查询解析器
        QueryParser parser = new QueryParser("desc", analyzer);
        //通过解析要查询的String，获取查询对象
        Query query = parser.parse(q);

        //记录索引开始时间
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        //开始查询，查询前10条数据，将记录保存在docs中
        TopDocs docs = searcher.search(query, 10);
        //记录索引结束时间
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        logger.info("匹配{}共耗时{}毫秒", q, (endTime - startTime));
        logger.info("查询到{}条记录", docs.totalHits);

        //如果不指定参数的话，默认是加粗，即<b><b/>
        SimplehtmlFormatter simpleHTMLFormatter = new SimpleHTMLFormatter("<b><font color=red>","</font></b>");
        //根据查询对象计算得分，会初始化一个查询结果最高的得分
        QueryScorer scorer = new QueryScorer(query);
        //根据这个得分计算出一个片段
        Fragmenter fragmenter = new SimpleSpanFragmenter(scorer);
        //将这个片段中的关键字用上面初始化好的高亮格式高亮
        Highlighter highlighter = new Highlighter(simpleHTMLFormatter, scorer);
        //设置一下要显示的片段
        highlighter.setTextFragmenter(fragmenter);

        //取出每条查询结果
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for(ScoreDoc scoreDoc : docs.scoreDocs) {
            //scoreDoc.doc相当于docID,根据这个docID来获取文档
            Document doc = searcher.doc(scoreDoc.doc);
            logger.info("city:{}", doc.get("city"));
            logger.info("desc:{}", doc.get("desc"));
            String desc = doc.get("desc");

            //显示高亮
            if(desc != null) {
                TokenStream tokenStream = analyzer.tokenStream("desc", new StringReader(desc));
                String summary = highlighter.getBestFragment(tokenStream, desc);
                logger.info("高亮后的desc:{}", summary);
                list.add(summary);
            }
        }
        reader.close();
        return list;
    }
}

4. 功能测试

到这里，最核心的功能都实现好了，我们可以自己写个小接口来调用下，看看效果。

@Controller
@RequestMapping("/lucene")
public class IndexController {

    @GetMapping("/test")
    public String test(Model model) {
        // 索引所在的目录
        String indexDir = "D:\\lucene2";
        // 要查询的字符
        String q = "南京文化";
        try {
            List<String> list = ChineseSearch.search(indexDir, q);
            model.addAttribute("list", list);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return "result";
    }
}

在 result.html 页面做一个简单的展示操作：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en" xmlns:th="http://www.thymeleaf.org">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Title</title>
</head>
<body>
<div th:each="desc : ${list}">
    <div th:utext="${desc}"></div>
</div>
</body>
</html>

上面我们搜索的是 “南京文化”，来看下检索出来的结果是什么。

再将搜索关键字改成 “南京文明”，看下命中的效果如何？

可以看出，不同的关键词，它会计算一个得分片段，也就是说不同的关键字会命中同一段文本中不同位置的内容，然后将关键字根据我们自己设定的形式高亮显示。从结果中可以看出，Lucene 也可以很智能的将关键字拆分命中，这在实际项目中会很好用。

END

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