搜索引擎,之“动态索引”更新策略

动态索引通过在内存中维护临时索引,实现对动态文档的实时搜索功能。而随着新加入文档对内存渐趋待尽的消耗,就需要我们找到合适的内存释放方法,亦即将临时索引内容更新到磁盘索引中,为后续文档誊出空间。这就是下面要讲的,动态索引更新策略。

常用新策略有四种:完全重建策略,再合并策略,就地更新策略、混合策略。

1. 完全重建策略

将达到一定数量的新增文档,连带老文档一起进行合并,然后对所有文档重新建立索引。新生成索引取代原来索引响应查询操作,而老的索引则被释放。

但需要注意的是,因新索引的建立需要消耗较多时间,在新索引建立完成之前,老索引都要继续发挥作用。

考虑到重建索引的代价问题,不建议大文档采用此类操作。

2. 再合并策略

一种“当搜索系统用来维护临时倒排索引的内存被消耗殆尽,或新增文档达到一定数量时,合并临时索引和老文档的倒排索引,以生成新索引”的更新策略。

更新步骤:

A. 解析新进入系统的文档,并更新内存中的临时索引,追加“新出现单词的倒排列表项”至“倒排列表”末尾,形成“增量索引”;

B.内存被“增量索引”消耗光时,将“增量索引”和老的倒排索引进行合并。下图为合并过程示意图:倒排文件里的倒排列表,已按照索引单词字典顺序由低到高进行排序,增量索引遍历词典的时候也按照该顺序对老的倒排文件进行扫描,并顺序读取,减少了文件操作中比较耗时的磁盘寻道时间,可以有效地增加合并效率。

合并过程中,需依次遍历“增量索引”和老索引单词词典中包含的单词及其对应的倒排列表,可用两个指针分别指向两套索引中目前需要合并的单词(参考上图箭头所指),并按照如下方式进行倒排列表的合并:

如果 “增量索引”单词指针指向的单词, 其词典排序小于老索引单词指针指向的单词。说明该单词在老索引中没有出现过,将该单词对应的倒排列表写入新索引的倒排文件,同时“增量索引”单词指针后移指向下一个单词。

如果两个“单词指针”指向的单词相同。说明这个单词在“增量索引”和老索引中同时出现,则将老索引中该单词对应的倒排列表写入新索引倒排列表,并把“增量索引”中该单词对应的倒排列表追加到其后,这样就完成了这个单词所有倒排列表的合并。

如果老索引的“单词指针”指向的单词,其词典序小于“增量索引”单词指针指向的单词。说明该单词只在老索引中出现过,直接将老索引中对应的倒排列表写入新索引倒排文件,同时老索引的单词指针做后移操作,指向下一个单词进行继续合并。

两索引的所有单词都遍历完成后,新索引建成,此时释放老索引,采用新索引。同样的,为响应用户查询,合并索引期间仍需使用老索引维系工作。

优点:效率高。因为对老倒排索引进行遍历时,已按照索引单词的词典序由低到高排好顺序,所以可以顺序读取文件内容,减少了磁盘寻道时间。

缺点:磁盘输入输出耗时。生成新的倒排索引文件,需从老索引中读取单词并写入新索引。

3. 原地更新策略

索引更新过程中,只对老索引倒排列表中变化的单词进行读取处理,并在索引合并过程中采用追加操作(参考图),即将增量索引里单词的倒排列表项追加到老索引相应位置的末尾。

由于“原地更新策略”在索引创建之初,已在每个单词的倒排列表末尾预留出一定的磁盘空间,所以,索引合并时,只需将增量索引追加到预留空间中即可。

“原地更新策略”更新效率一般比“再合并策略”要低:

首先,倒排列表“迁移”操作较为常见,快速迁移对磁盘连续存储区有较高要求,导致磁盘可用空间维护和管理成本较高;

其次,倒排文件中相邻索引单词的倒排列表,一般按照词典序顺序存储,数据迁移时某些单词及其对应倒排列表从老索引中移出,破坏了单词连续性,导致索引合并时不能顺序读取。因此,必须维护一个单词到其倒排文件相应位置的映射表,不仅降低了磁盘读取速度,也占用了大量的内存空间。

4. 混合策略

一种“按性质将单词分类,并对不同类别单词采用不同策略”的更新方式。

常见做法是,根据单词倒排列表长度,划分单词为“长倒排列表单词”和“短倒排列表单词”。对“长倒排列表单词”采取“原地更新策略”,对“短倒排列表单词”采取“再合并策略”。

因为“原地更新策略”能节省磁盘读写次数,更适合“长倒排列表单词”;“短倒排列表单词”读写开销相对而言不算太大,利用“再合并策略”来处理,可发挥顺序读写优势。

(本文精简自《这就是搜索引擎:核心技术详解》,欢迎有兴趣的进一步阅读)

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