悟空分词的搜索和排序源码分析之——索引

Posted 2020-08-28 将者，智、信、仁、勇、严也。

转自：http://blog.codeg.cn/2016/02/02/wukong-source-code-reading/

索引过程分析

下面我们来分析索引过程。

// 将文档加入索引
//
// 输入参数：
// 	docId	标识文档编号，必须唯一
//	data	见DocumentIndexData注释
//
// 注意：
//      1. 这个函数是线程安全的，请尽可能并发调用以提高索引速度
// 	2. 这个函数调用是非同步的，也就是说在函数返回时有可能文档还没有加入索引中，因此
//         如果立刻调用Search可能无法查询到这个文档。强制刷新索引请调用FlushIndex函数。
func (engine *Engine) IndexDocument(docId uint64, data types.DocumentIndexData) {
	engine.internalIndexDocument(docId, data)

	hash := murmur.Murmur3([]byte(fmt.Sprint("%d", docId))) % uint32(engine.initOptions.PersistentStorageShards)
	if engine.initOptions.UsePersistentStorage {
		engine.persistentStorageIndexDocumentChannels[hash] <- persistentStorageIndexDocumentRequest{docId: docId, data: data}
	}
}

func (engine *Engine) internalIndexDocument(docId uint64, data types.DocumentIndexData) {
	if !engine.initialized {
		log.Fatal("必须先初始化引擎")
	}

	atomic.AddUint64(&engine.numIndexingRequests, 1)
	hash := murmur.Murmur3([]byte(fmt.Sprint("%d%s", docId, data.Content)))
	engine.segmenterChannel <- segmenterRequest{
		docId: docId, hash: hash, data: data}
}

这里需要注意的是，docId参数需要调用者从外部传入，而不是在内部自己创建，这给搜索引擎的实现者更大的自由。 将文档交给分词器处理，然后根据murmur3计算的hash值模PersistentStorageShards，选择合适的shard写入持久化存储中。

索引过程分析：分词协程处理过程

分词器协程的逻辑代码在这里：segmenter_worker.go:func (engine *Engine) segmenterWorker()

分词器协程的逻辑是一个死循环，不停的从channel engine.segmenterChannel中读取数据，针对每一次读取的数据：

1. 计算shard号
2. 将文档分词
3. 根据分词结果，构造indexerAddDocumentRequest 和 rankerAddDocRequest
4. 将indexerAddDocumentRequest投递到channel engine.indexerAddDocumentChannels[shard]中
5. 将rankerAddDocRequest投递到channel engine.rankerAddDocChannels[shard]中

补充一句：这里shard号的计算过程如下：

// 从文本hash得到要分配到的shard
func (engine *Engine) getShard(hash uint32) int {
	return int(hash - hash/uint32(engine.initOptions.NumShards)*uint32(engine.initOptions.NumShards))
}

为什么不是直接取模呢？

索引过程分析：索引器协程处理过程

首先介绍一下倒排索引表，这是搜索引擎的核心数据结构。

// 索引器
type Indexer struct {
	// 从搜索键到文档列表的反向索引
	// 加了读写锁以保证读写安全
	tableLock struct {
		sync.RWMutex
		table map[string]*KeywordIndices
		docs  map[uint64]bool
	}

	initOptions types.IndexerInitOptions
	initialized bool

	// 这实际上是总文档数的一个近似
	numDocuments uint64

	// 所有被索引文本的总关键词数
	totalTokenLength float32

	// 每个文档的关键词长度
	docTokenLengths map[uint64]float32
}

// 反向索引表的一行，收集了一个搜索键出现的所有文档，按照DocId从小到大排序。
type KeywordIndices struct {
	// 下面的切片是否为空，取决于初始化时IndexType的值
	docIds      []uint64  // 全部类型都有
	frequencies []float32 // IndexType == FrequenciesIndex
	locations   [][]int   // IndexType == LocationsIndex
}

table map[string]*KeywordIndices这个是核心：一个关键词，对应一个KeywordIndices结构。该结构的docIds字段记录了所有包含这个关键词的文档id。 如果 IndexType == FrequenciesIndex ，则同时记录这个关键词在该文档中出现次数。 如果 IndexType == LocationsIndex ，则同时记录这个关键词在该文档中出现的所有位置的起始偏移。

下面是索引的主函数代码：

func (engine *Engine) indexerAddDocumentWorker(shard int) {
	for {
		request := <-engine.indexerAddDocumentChannels[shard]
		engine.indexers[shard].AddDocument(request.document)
		atomic.AddUint64(&engine.numTokenIndexAdded,
			uint64(len(request.document.Keywords)))
		atomic.AddUint64(&engine.numDocumentsIndexed, 1)
	}
}

其主要逻辑又封装在func (indexer *Indexer) AddDocument(document *types.DocumentIndex)函数中实现。其逻辑如下：

1. 将倒排索引表加锁
2. 更新文档关键词的长度加在一起的总和
3. 查找关键词在倒排索引表中是否存在
4. 如果不存在，则直接加入到table map[string]*KeywordIndices中
5. 如果存在KeywordIndices，则使用二分查找该关键词对应的docId是否已经在KeywordIndices.docIds中存在。分两种情况： 1) docId存在，则更新原有的数据结构。 2) docId不存在，则插入到KeywordIndices.docIds数组中，同时保持升序排列。
6. 更新索引过的文章总数

索引过程分析：排序器协程处理过程

在新索引文档的过程，排序器的主逻辑如下：

func (engine *Engine) rankerAddDocWorker(shard int) {
	for {
		request := <-engine.rankerAddDocChannels[shard]
		engine.rankers[shard].AddDoc(request.docId, request.fields)
	}
}

进而调用下面的函数

// 给某个文档添加评分字段
func (ranker *Ranker) AddDoc(docId uint64, fields interface{}) {
	if ranker.initialized == false {
		log.Fatal("排序器尚未初始化")
	}

	ranker.lock.Lock()
	ranker.lock.fields[docId] = fields
	ranker.lock.docs[docId] = true
	ranker.lock.Unlock()
}

上述函数非常简单，只是将应用层自定义的数据加入到ranker中。

至此索引过程就完成了。简单来讲就是下面两个过程：

1. 将文档分词，得到一堆关键词
2. 将 关键词->docId 的对应关系加入到全局的map中(实际上是分了多个shard)