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  • 【SqlServer】管理全文索引(FULL TEXT INDEX)

    Sql Server中的全文索引(下面统一使用FULLTEXT INDEX来表示全文索引),是一种特定语言搜索索引功能。它和LIKE不一样,LIKE主要是根据搜索模板搜索数据,它的效率比FULLTEXT INDEX要低。在几百万的字符串中,LIKE需要花几分钟才能返回的结果,FULLTEXT INDEX可能只需要几秒钟。

    FULLTEXT INDEX功能是Sql Server的可选项。你可以通过 SELECT FULLTEXTSERVICEPROPERTY('IsFullTextInstalled') 命令,来检查你是否安装了FULLTEXT INDEX。

     在开始介绍FULLTEXT INDEX之前,还需要介绍几个重要的相关概念。它们分别是catalog, fulltext index fragment,  

    Catalog: 在创建FULLTEXT INDEX之前,都需要先创建一个CATALOG, CATALOG是一个虚拟容器对象,它就是用来存储FULLTEXT Index的,一个CATALOG可以关联多个FULLTEXT Index索引。CATALOG不属于任何文件组。

    FULLTEXT Index Fragments:  通常一个FULLTEXT索引都是由多个内部表组成的,这些内部表就被称为Fragments。当用户更新表中的数据后,数据库会对改变的部分自动创建一个Fragment对象(前提是在这个表上建立了FULLTEXT INDEX,并且设置了自动跟踪改变)。

    你可通过sys.fulltext_index_fragments表来查询所有fragments记录:

    SELECT * FROM sys.fulltext_index_fragments;

    输出:

    通过上面的输出结果,可以看出一个表有了两个fragment对象。如果像这样的fragment对象越来越多的话,是会影响FULTEXT INDEX的查询效率的。为了减少Fragment的数量,可以使用ALTER命令将所有的Fragment整合到一起。

    ALTER FULLTEXT CATALOG [your-catalog-name] REORGANIZE;

    1. 创建和删除全文索引

    创建测试表:

    create table Text_Test_Table(
        id int not null IDENTITY(1,1) PRIMARY KEY,
        txt nvarchar(1000) null
    );

    创建CATALOG:

    CREATE FULLTEXT CATALOG my_catalog;

    创建全文索引:

    CREATE FULLTEXT INDEX ON Text_Test_Table
    (  
        txt                         --Full-text index column name     
        Language 2057               --2057 is the LCID for British English  
    )  
    KEY INDEX PK__Text_Tes__3213E83F0F8DA0F2 ON my_catalog   --Unique index  
    WITH CHANGE_TRACKING AUTO                                --Population type;  
    GO  

    上面的表中指定了全文索引的字段为txt,同时也指定了它的语言为英式英语。你也可以指定为其它语言,在SQL SERVER中用 select * from sys.fulltext_languages; 可以查询所有支持的语言编号。为字段指定正确的语言编号是必需的,因为不同的语言编号会使用不同的单词分割器,不同的单词分割器会分割出不同的关键词列表,当查询的时候就需要匹配关键词列表中的数据。

    创建全文索引,需要当前表至少包含一个唯一索引(unique index)。上面案例中, PK__Text_Tes__3213E83F0F8DA0F2  是主键,满足唯一性的要求,因此可以用来创建全文索引。

    CHANGE_TRACKING AUTO:是指当表中数据有变化时,会自动更新全文索引中的记录。(除了AUTO,还可以为MANUAL值,表示需要手动去更新全文索引的记录)。

    在创建创建全文索引时,为什么需要指定一个 Unique 索引?

    其实这个比较好理解,可以把全文索引理解为一张 关键词与数据表的关系对照表。只有数据表上有一个Unique索引时,全文索引才可以唯一地关联关键词与数据表之间的关系。

    有点绕?直接上代码!

    --插入测试数据
    insert into Text_Test_Table values('She''s great fun, but she''s a few sandwiches short of a picnic.');
    insert into Text_Test_Table values('She''s funny, but she only eat a few sandwiches.');
    
    --查询数据表
    select * from Text_Test_Table;
    
    --查询全文索引关键词对照关系,
    --数据库为Test,数据表为Text_Test_Table
    SELECT * FROM sys.dm_fts_index_keywords_by_document(db_id('Test'), object_id('dbo.Text_Test_Table'))

    效果对照图:

    索引表中的document_id对应的是Text_Test_Table表中的id字段。display_term是关键词。occurence_count是关键词的出现次数。document_id就是对应了数据表中唯一约束数据的编号,当唯一约束作用在数字字段上时,约束字段的值就会和document_id一样。如果唯一约束作用在字符字段上的话,那么document_id将会是对应数据的编号。 

    2. 使用全文索引查询数据

    2.1 匹配查询含有所有关键词的语句(必需包含所有关键词)

     如果要完全匹配查询的关键字,那么可以用contains函数。

    语法:

    CONTAINS(字段,关键词)

    关键词需要用冒号""括起来,多个关键词用空格隔开。格式:"关键词1 关键词2 关键词3..."。contains中的关键词就相当于AND关键词,这些关键词并不需要连在一起,但是需要所有的关键词都存在。

    案例:

    -- 查询Text_Test_Table表中txt字段包含 a 和 few 和 sandwiches 的关键词的所有数据
    declare @terms nvarchar(1000) = '"a few sandwiches"';
    select * from Text_Test_Table where contains(txt, @terms);
    
    -- 可以查询出:
    -- she has a few sandwiches
    -- a few lemon and sandwiches
    -- a man and few person both have sandwiches

    2.2 匹配查询含有关键词的语句(只要含有一个关键词就行了)

     如果要包含所有的关键词,那么应使用FREETEXT函数。

    语法:

    FREETEXT(字段, 关键词)

    关键词需要用冒号""括起来,多个关键词用空格隔开。格式:"关键词1 关键词2 关键词3..."。freetext中的关键词就相当于OR关联词,这些关键词并不需要连在一起,只要有一个关键词存在数据就会被选取。

    -- 查询Text_Test_Table表中txt字段包含 a 或 few 或 sandwiches 的关键词的所有数据
    declare @terms nvarchar(1000) = '"a few sandwiches"';
    select * from Text_Test_Table where freetext(txt, @terms);
    
    -- 可以查询出:
    -- she has a few sandwiches
    -- sandwiches is good
    -- There are few apples

    注意:

    Freetext函数还可以匹配关键词的变体,比如通过关键词catch匹配相应的变体caught, catching, 和 catches 等。但Contains函数想要查询变体,就必需使用FORMSOF语句。请移步FORMSOF Predicate获取更详细的信息。

    2.3 案例:查询有不同匹配精确度的多个字段

    有一张products表,其中有id,name和description字段, id是主键。name 和 description是nvarchar字段类型。现在要查询Products中的数据,name必须要包含所有的查询关键字,description至少需要匹配一个提供的关键词。

    create table Products(
        id int not null IDENTITY(1,1) PRIMARY KEY,
        [name] nvarchar(1000) null,
        [description] nvarchar(1000) null
    );
    
    CREATE FULLTEXT INDEX ON Products
    (  
        [name]  Language 2057,
        [description] Language 2057
    )  
    KEY INDEX PK__Products__3213E83F67020225 ON my_catalog   --Unique index  
    WITH CHANGE_TRACKING AUTO                                --Population type;  
    GO  
    
    insert into Products values('Mouse Anti-Cattle FOXP3','This is Mouse Anti-Cattle FOXP3 introduction');
    insert into Products values('Rabbit Anti-Mouse KRT13','This is Rabbit Anti-Mouse KRT13 introduction');
    insert into Products values('Mouse Anti-C elegans FOXP3','This is Mouse Anti-C elegans FOXP3 introduction');

    案例查询SQL语句:

    declare @terms nvarchar(255) = 'Mouse Anti';
    declare @termsQuote nvarchar(255) = '"'+@terms+'"';
    select * from Products  p
    JOIN (
    SELECT tp.[id],
       (case 
       when name like @terms+'%' then 4
       when name like '%'+@terms then 3
       when contains(name,@termsQuote) then 2
       else 1
       end) as 'sort'
      FROM [Products] tp
      where FREETEXT(description,@termsQuote) or Contains(name,@termsQuote)
      ) tp
    ON p.id = tp.id 
    order by tp.sort desc;

    上面的查询比使用传统的LIKE查询功能要增强不少。其实Contains和Freetext还有许多其它的用法,上面只是展示了一下基本用法。上面的查询语句仅仅是做了关键词匹配,但还是存在如下的一些缺陷。

    • 1. 全文索引不能查询同音词。比如:不同通过rabbet查rabbit。
    • 2. 全文索引不能查询同义词。比如:不能通过rat查mouse。
    • 3. 全文索引缺乏纠错机制,虽然可以通过freetext函数查询关键词的变体,但是不能纠正输入错误的单词。比如:可以通过catch查出相应的变体caught, catching, catches等,但如果我输入的是catsh就匹配不到catch单词。
    • 4. 全文索引缺少搜索提示模块,全文索引仅仅是完成搜索部分,关于搜索提示却需要开发者自己去架构实现相应的功能,这增加了开发者的工作量。 

    上面的四点问题中,在讨论完下一节《4. 如何查看自己的数据都被分解成了那些关键字》后,笔者会解决上面的局限性问题,以及提供一些合理的建议。

    3. 如何查看自己的数据都被分解成了那些关键词

    当我们建立全文索引时,首先需要给全文索引指定一个语言编号,然后全文索引会根据不同的语言编号使用不同的语言分割器,不同的分割器会分割出不同的关键词列表。当使用全文索引查询数据时,就会匹配分割得到的关键词列表。

     查看所有注册了的词语分割器列表

    EXEC sp_help_fulltext_system_components 'wordbreaker';  

    查看所有支持的语言列表

    select * from sys.fulltext_languages

    使用dm_fts_parser分解语句获得关键词列表

    -- 分解语句:She catches a cat
    SELECT * FROM sys.dm_fts_parser (
    '"She catches a cat"',  --待分解的语句
    1033,  --语言编号, 1033代表English,语言编号信息可以通过查看sys.fulltext_languages表获取
    0,  -- stoplist: 0表示使用默认的,NULL表示不使用。
    0  -- accent_sensitivity,0表示insensitivity,1表示sensitivity
    );
    
    --查看一个表被分解成的所有关键词列表
    SELECT * FROM sys.dm_fts_index_keywords_by_document(
    db_id('Test'),  -- 数据库对象ID
    object_id('dbo.Text_Test_Table') -- 表对象ID
    )

    到这里,我们已经知道如何分解语句获取关键词列表。接下来我们将继续优化上面的查询案例,第一点是如何结合SOUNDEX和全文索引建立关键词搜索纠错机制,第二点是如何建立一个搜索提示功能。

    当用户搜索某关键词语句时,如果有其它的关键词和用户搜索的关键词发音是一样的,那么就需要提示给用户。就类似Google搜索这样的提供功能。

    当在Google搜索 she catsh a cat的时候,Google会提示是否是指 she catch a cat.  类似这样的纠错提示,我们可以通过下面这个T-SQL实现一个简单的版本。

    declare @searchTerms nvarchar(1000) = N'"she catsh a cat"';
    select * from (
    select display_term,SOUNDEX(display_term) as st_soundindex from sys.dm_fts_parser(
        @searchTerms,
        (select lcid from sys.fulltext_languages where [name] = 'British English'),--语言需要和Products表使用的语言保持一致
        NULL,
        0
    )) st
    join (SELECT display_term,SOUNDEX(display_term) o_soundindex
    FROM sys.dm_fts_index_keywords_by_document(db_id('Test'), object_id('dbo.Products'))) ot
    on st.display_term != ot.display_term and st.st_soundindex = ot.o_soundindex;

    效果图:

     通过上面的脚本对比,我们就可以查询出catsh和catch是同音的,然后程序就可以拿到这个结果给用户做纠错提示了。

    关于搜索提示这部分,非常遗憾,全文索引并未提供相关的功能。这部分需要程序开发自己来实现,这里笔者谈一谈自己的实现思路:

    1. 建立一张表单独维护搜索提示词(search_terms)
    2. 给search_terms表中插入一些预定义的搜索提示词
    3. 用户自己搜索的词,也可以插入到search_terms表中。但是最终需要运维审核后,才可以显示给前端的用户搜索。
    4. 当用户在搜索框输入的时,动态加载search_terms表中的审核数据显示到前端页面。完成搜索提示功能。

    到这里的,全文索引的主体知识点自己都讲到了。全文索引就是一个特定语言的搜索功能(Language-Specific Search),所以给自己的数据指定语言类型是非常重要的。全文索引的功能较LIKE的功能有所提升,但全文索引也不是万能的(我们也不能期望全文索引把所有功能都完成),比如:

    • 同义词搜索,比如搜rat, 可以显示mouse 或 rodent.
    • 同义句的搜索,比如搜索rat is big, 可以显示giant mouse monstor之类的。
    • 搜索提示功能
    • ...

    4. 参考文献

    1. sys.dm_fts_index_keywords_by_document (Transact-SQL)

    2. Full-Text Search

    3. Hands on Full-Text Search in SQL Server

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