摘要：說到檔案系統(tǒng)，選文檔數(shù)據(jù)庫再合適不過了。熟悉的人看這個(gè)會(huì)很眼熟，沒錯(cuò)，這就是從借鑒過來，并用在我的關(guān)系數(shù)據(jù)庫查詢上。接口規(guī)范接口的主要目是為了傳遞數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)在上面給出。為便于不同系統(tǒng)不同終端的數(shù)據(jù)交換，也將應(yīng)當(dāng)在接口支持之內(nèi)。

說到“檔案”系統(tǒng)，選文檔數(shù)據(jù)庫再合適不過了。談到文檔數(shù)據(jù)庫一般想到的是 MongoDB、CouchDB 之類的，可這里要說的不是這些，而是另一個(gè) NoSQL “文檔數(shù)據(jù)庫” —— Lucene。之所以要打引號(hào)，是因?yàn)闀簳r(shí)還沒聽到別人這樣說。

需求

最近公司要弄一個(gè)內(nèi)部搜索，對(duì)比各種方案后，決定用 Lucene。當(dāng)做出第一個(gè)原型后，考慮到公司另外幾個(gè)項(xiàng)目將來也許用的上，而再寫一遍代碼可不是我的風(fēng)格；又試用了開箱即用的 Solr，覺得那也不是我的菜。因?yàn)槲翼?xiàng)目?jī)?nèi)已經(jīng)有類似 Solr 的 Schame 的配置在用了，我打算復(fù)用這個(gè)模塊；接口規(guī)范我也打算復(fù)用我現(xiàn)有的規(guī)范。

基礎(chǔ)的增刪改查比較簡(jiǎn)單，很快就做出了原型。此時(shí)我想到公司另一個(gè)大模塊：檔案（或叫簡(jiǎn)歷）。這部分我已計(jì)劃與另一個(gè)項(xiàng)目的類似模塊做整合，考慮用 MongoDB 重構(gòu)。既然 Lucene 可以存取較復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，何不借此機(jī)會(huì)研究一下用 Lucene 作為檔案系統(tǒng)的底層支撐呢。

那這里說的檔案是什么樣子呢？舉一個(gè)簡(jiǎn)單例子，一份個(gè)人簡(jiǎn)歷：

姓名：XXX
性別：男
照片：xxx/xxx.jpg
興趣愛好
    興趣：跑步、游泳、XX自定義
    簡(jiǎn)介：是浪費(fèi)時(shí)間的服務(wù)吉林省地方就，受到法律書籍地方
教育經(jīng)歷
    經(jīng)歷1
        日期區(qū)間: 2014/1/1~2015/1/1
        學(xué)校: Jiali.Dun
        專業(yè): 挖掘機(jī)
        學(xué)位：沒士
    經(jīng)歷2……

大概的文檔結(jié)構(gòu)就是就是這樣，字段、層級(jí)是不確定的，需要保持此結(jié)構(gòu)，能存、能取，大部分字段可查詢、排序。

結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)

總結(jié)以上檔案結(jié)構(gòu)，組成上可分為：

a. 基礎(chǔ)板塊（名字，性別，照片）
b. 其他板塊（同上，但被區(qū)分開）
c. 列表板塊（教育經(jīng)歷）

上面特意將基礎(chǔ)信息稱為基礎(chǔ)“板塊”，也就是說，一般情況下一份檔案是由多個(gè)板塊組成的。也許您的檔案還會(huì)更復(fù)雜，比如興趣愛好下再分為運(yùn)動(dòng)、娛樂，這種劃分方式從存儲(chǔ)上來說與兩層設(shè)計(jì)沒什么區(qū)別，多了一個(gè)父級(jí)板塊的指向而已，但這增加了展現(xiàn)的復(fù)雜度。現(xiàn)在大家都在談“扁平化”，我所理解的扁平不僅僅是把圖標(biāo)拍扁了，更是信息獲取的渠道扁平了，能一下給我看的，不要讓我點(diǎn)一層菜單進(jìn)去又點(diǎn)一層；能用標(biāo)簽、搜索篩選的，不要讓我點(diǎn)目錄樹查找。

一個(gè)板塊就是一組鍵值對(duì)，此處我們將這一組規(guī)則稱為表單。那么，列表板塊就是由多個(gè)可重復(fù)表單組成的板塊。

字段上可以有：

a. 文本
b. 數(shù)字
c. 文件
d. 日期、時(shí)間（區(qū)間）
e. 單選、多選
f. 多條數(shù)據(jù)（文本、數(shù)字、日期等）

從 a~e 都是很常見的類型，文件可以轉(zhuǎn)儲(chǔ)到文件服務(wù)器上，這里只存 URL；日期、時(shí)間可以轉(zhuǎn)換成時(shí)間戳。而 f 是指這個(gè)字段的值可以輸入多個(gè)，通常用來記錄一些需要多條記錄東西，存儲(chǔ)上與多選一樣。

Lucene 原本就是一個(gè)字段可以存多個(gè)值，這太妙了。

表單及驗(yàn)證

前面談到我自己有一個(gè)數(shù)據(jù)校驗(yàn)?zāi)K，對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述如下：

表單1
    字段1：類型，是否必填，是否重復(fù)，其他校驗(yàn)參數(shù)
    字段2……
枚舉1
    取值1：名稱
    取值2……

舉一個(gè)栗子：

簡(jiǎn)歷表單
    姓名：文本，必填，不重復(fù)，最大長度100
    性別：選項(xiàng)，必填，不重復(fù)，性別枚舉
    照片：圖片，選填，可重復(fù)，類型(jpg,png)
    興趣愛好：表單，選填，不重復(fù)，興趣愛好表單
    教育經(jīng)歷：表單，選填，可重復(fù)，教育經(jīng)歷表單
性別枚舉
    0：女
    1：男
    2：中性
興趣愛好表單
    興趣：文本，必填，可重復(fù)，最大長度50
    簡(jiǎn)介：文本，選填，不重復(fù)，多行文本
教育經(jīng)歷表單
    日期區(qū)間：日期區(qū)間，必填，不重復(fù)
    學(xué)校：文本，必填，不重復(fù)
    專業(yè)：文本，必填，不重復(fù)

此表單描述上也是為了方便編輯和解析，設(shè)計(jì)成了 表單->字段 兩層結(jié)構(gòu)，未使用代碼嵌套而是使用鏈接嵌套的方式。校驗(yàn)器在校驗(yàn)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)字段類型為表單，取出對(duì)應(yīng)表單遞歸下去就行了。那這么多表單都堆積在一起，怎么解決命名空間的問題呢？我設(shè)計(jì)為每個(gè)模塊（同一應(yīng)用主題）一個(gè)這樣的配置，校驗(yàn)器在處理表單時(shí)如果沒給出模塊名（配置名），則取當(dāng)前模塊的指定名字的表單，有則取指定模塊下的表單。

數(shù)據(jù)在校驗(yàn)成功后，會(huì)將數(shù)據(jù)清理為類似以下 JSON 的結(jié)構(gòu)：

{
    "name": "XXX",
    "gender": 1,
    "photo": "upload/photo/xxxxxx.jpg",
    "hobby": {
        "interest": [
            "ljsdfsdfsd",
            "sldfj2ef"
        ],
        "comment": "sjldfjsldfsdlfjsldfsdfsdfsdfsdfsdf"
    },
    "education": [
        {
            "date": {
                "begin": Date(2014/1/1), 
                "end": Date(2015/1/1)
            },
            "university": "lwnfdsfwe",
            "professional": "slwef"
        }
    ]
}

輸入的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與此一致，對(duì)于使用 application/x-www-form-urlencoded 格式提交的數(shù)據(jù)，可以根據(jù)"."、"["和"]"解析成上面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就像 PHP 的請(qǐng)求參數(shù)解析方式。

存儲(chǔ)方式

OK，上面已經(jīng)扯了很多了，這開始進(jìn)入正題了。數(shù)據(jù)都清理好了，可是這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)怎么存到 Lucene 檢索庫里呢？Lucene 可不是 MongoDB 能存儲(chǔ) BSON 那樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)呀。難道像設(shè)計(jì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫的 ERM 一樣，建幾個(gè)索引目錄當(dāng)表使，然后用外鍵做關(guān)聯(lián)，然后自己實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)查詢。或者，把整個(gè)數(shù)據(jù)序列化扔到一個(gè)字段里，自己寫 Filter 、Query 來實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的查詢？

我可不想這么費(fèi)勁。

為解決這些問題，先梳理一下，Lucene 的基本字段類型有：

StringField: 基礎(chǔ)文本字段，可指定是否索引
StoredField: 僅存儲(chǔ)不索引（也就是不能搜索、查詢只能跟著文檔取出來看）
TextField  : 會(huì)在這上面應(yīng)用分詞器，用來做全文檢索的

還有其他的 IntField,FloatField…… 可以存數(shù)字的（關(guān)鍵的是可以按數(shù)字值大小來排序），ByteField 存二進(jìn)制數(shù)據(jù)等。還有，Lucene 支持一個(gè)字段存儲(chǔ)多個(gè)值，當(dāng)只需要一個(gè)值得時(shí)候拿一個(gè)就是了，需要多個(gè)就取多個(gè)值。

現(xiàn)在，我可以假定默認(rèn)的情況下基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要能獨(dú)立索引以方便查詢的，他們用多帶帶的字段存放。其他數(shù)據(jù)可以在字段名上用一個(gè)分隔符連接板塊名和字段名。如果這些字段的字段名是不重復(fù)的（比如隨機(jī)生成的），直接用字段名即可。這樣做的好處是展現(xiàn)和存儲(chǔ)分離，當(dāng)一個(gè)字段的數(shù)據(jù)從A板塊遷移到B板塊時(shí)，不用去修改過去已經(jīng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@個(gè)遷移僅僅是視覺上的遷移而已。目前我用 RDMS 實(shí)現(xiàn)的一套檔案系統(tǒng)就是這么干的。

比較麻煩的是列表板塊。

如果不需要對(duì)這部分的數(shù)據(jù)做查詢，那就直接序列化存起來。

如果需要對(duì)里面獨(dú)立的字段做搜索和排序，那就再序列化的基礎(chǔ)上，多加一個(gè)字段獨(dú)立存儲(chǔ)要索引的字段。比如添加字段 教育經(jīng)歷-學(xué)校，就可以對(duì)曾就讀過某個(gè)學(xué)校的檔案做搜索了。

如果還想完成需求：查詢某個(gè)日期范圍內(nèi)就讀某某學(xué)校的檔案，還是另行存儲(chǔ)吧。查詢時(shí)可以用外鍵關(guān)聯(lián)，查出一個(gè)再 IN 去查另一個(gè)（注：Lucene沒有IN的操作，需要聯(lián)合使用MUST和SHOULD）。可以另外作為一個(gè)檔案存在當(dāng)前索引目錄內(nèi)，更好的方式是獨(dú)立開個(gè)附屬目錄存儲(chǔ)，這樣做可以確保主數(shù)據(jù)更干凈。

完整的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)為：

主要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
    記錄ID
    字段1：值1，值2……
    字段2……
列表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
    主記錄ID
    行記錄ID
    序號(hào)
    字段1：值1，值2……
    字段2……

查詢規(guī)則

我有一套已經(jīng)應(yīng)用在 RDBMS 模型上的查詢規(guī)則，需要做的是將規(guī)則解析成 Lucene 的 Query。查詢規(guī)則如下：

{
    "id": "xxx",       // 等于
    "star": [1, 2],    // IN, Lucene 的 Must + Should
    "f1": {
        "-gt": 18,     // 大于
        "-le": 35      // 小于或等于
    },
    "f2": {
        "-ne": "zzz"   // 不等于
    },
    "f3": {
        "-or": "zzz"   // OR, 對(duì)應(yīng) Lucene 的 Should
    },
    "f4": {
        "-ni": [3, 4]  // NOT IN, 對(duì)應(yīng) Lucene 的 Must_Not
    },
    "f5": {
        "-ai": [1, 2]  // ALL IN, 對(duì)應(yīng) Lucene 的 Must
    },
    "f6": {
        "-oi": [5, 6]  // OR IN, 對(duì)應(yīng) Lucene 的 Should
    }
}

用 application/x-form-urlencode 可表示為：

id=xxx&star[]=1&star[]=2&f1[-gt]=18&f1[-le]=35&f6[-oi][]=5&f6[-oi][]=6

系統(tǒng)會(huì)以類似 PHP 的請(qǐng)求參數(shù)解析方式解析類似上面 JSON 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。為了方便看和寫，也可支持將[]換成.，如：f6.-oi.=6 與 f6[-oi][]=6 是相同的。

熟悉 MongoDB 的人看這個(gè)會(huì)很眼熟，沒錯(cuò)，這就是從 MongoDB 借鑒過來，并用在我的關(guān)系數(shù)據(jù)庫查詢上。這里的 -or 和 -oi 是 Lucene 特有的，可以影響到排序，這對(duì)搜索那些可有可無的字段很有幫助。-ai 類似于 Mongo 的 containsAll。

注：[2015/12/01] 以上"-"已換成"!"符號(hào)。

接口規(guī)范

接口的主要目是為了傳遞數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)在上面給出。接口以 REST 風(fēng)格給出，請(qǐng)求數(shù)據(jù)支持 application/x-form-urlencode,json，返回?cái)?shù)據(jù)為 json。

如果你熟悉 Protobuf，也許意識(shí)到了上面的表單跟 proto 的描述很像，沒錯(cuò)，這也是借鑒的。只是 Protobuf 沒法加更多的描述，所以我沒去用。這里的表單配置可以轉(zhuǎn)換為 proto 描述。為便于不同系統(tǒng)、不同終端的數(shù)據(jù)交換，protobuf 也將（應(yīng)當(dāng)）在接口支持之內(nèi)。

后注

如果不去考慮 Lucene 寫鎖的“問題”，我真心覺得這是個(gè)相當(dāng)不錯(cuò)的嵌入式文檔數(shù)據(jù)庫；雖然用 Lucene 存儲(chǔ)復(fù)雜結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的可行性還有待商榷，但折騰一下對(duì)了解 Lucene 還是有價(jià)值的。不必強(qiáng)求必須用什么語言、框架或工具才能完成某件事，其實(shí)能辦成一件事的途徑有很多，多嘗試一下思路就更清晰一點(diǎn)。

我在 github 上有個(gè)項(xiàng)目，不過還沒有搭建演示，日后有了再將鏈接添加到這里。

部分代碼：

Lucene CRUD 封裝：https://github.com/ihongs/Hon...
表單校驗(yàn)程序：https://github.com/ihongs/Hon...
表單配置規(guī)范：https://github.com/ihongs/Hon...

參考資料：

MongoDB 查詢：http://docs.mongodb.org/manua...
Lucene 查詢：https://lucene.apache.org/cor...
REST 簡(jiǎn)介：http://baike.baidu.com/view/5...
PHP 請(qǐng)求參數(shù)解析（見第一條 Note）：http://php.net/manual/zh/rese...