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一个线上全文索引BUG的排查:关于类阿拉件数字的分词与检索

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一个线上全文索引BUG的排查:关于类阿拉件数字的分词与检索

但更少讲到阿拉伯数字。比如金额，手机号码，座机号码等等。

我更喜欢从一个小问题入手，见缝插针的将相关的知识点，以非时间线性顺序零散穿插起来。

从一个线上的BUG说起

这也很好理解，有的人就是有多个手机号，有的人就是经常换手机号，对吧。
现在有个功能需要通过手机号去关联用户。

select * from t_user where phone like '%13112345678%'

要么使用另一个折中的方案，将手机号单独成表，用户表对手机号表一对多关联。
这种方式效率上能接受，但需要改变现有数据结构，故放弃。

select u.id,u.username,u.phone from t_user u LEFT JOIN t_user_phone p on u.id = p.user_id where p.phone = '13112345678'

最终选用全文索引。（mysql 5.7.6+）

使用内置分词引擎ngram。

CREATE FULLTEXT INDEX idx_full_text_phone ON t_user (phone WITH PARSER ngram;

当使用手机模糊查询关联用户时可使用以下语句。

    布尔模式模糊检索 
select * from t_user where match(phone AGAINST('13996459860' in boolean mode
  1. 自然语言模式。mysql默认为此模式，所以第2条sql没有显式指定时，仍然为自然语言模式。
select * from t_user where match(phone AGAINST('13996459860' in NATURAL LANGUAGE mode
或
select * from t_user where match(phone AGAINST('13996459860'

根据我们的需求，查询手机号需要全匹配才算命中。所以选择布尔模式。
自然语言模式做不到。
关于布尔模式和自然语言模式的区别，后面做介绍。


但是
万恶的但是，虽迟但到

他问，这种情况是正常的吗？

但是他说得这么委婉，我反而没底了。 🙈


如果你委婉地说：你这个程序和预期的有点不一致，你看看是不是我的使用方法有问题？
他本能地会想：woco！是不是出Bug了！

但也确实是个BUG。

先创建一张测试用户表。
phone字段加上全文索引，使用ngram分词器。

CREATE TABLE `t_user` (
  `id` int(11 NOT NULL,
  `username` varchar(10 COLLATE utf8_bin DEFAULT NULL,
  `phone` varchar(50 COLLATE utf8_bin DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`,
  FULLTEXT KEY `idx_full_text_phone` (`phone` /*!50100 WITH PARSER `ngram` */ 
 ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8 COLLATE=utf8_bin;

插入几条测试数据

-- ----------------------------
-- Records of t_user
-- ----------------------------
INSERT INTO `t_user` VALUES ('1', '张三', '13996459860,15987569874,0797-12345';
INSERT INTO `t_user` VALUES ('2', '李四', '0797-6789';
INSERT INTO `t_user` VALUES ('3', '王五', '0797-94649';

正常情况下

select * from t_user where match(phone AGAINST('13996459860' in boolean mode
select * from t_user where match(phone AGAINST('13996459860' in NATURAL LANGUAGE mode
select * from t_user where match(phone AGAINST('13996459860'

都能得到

select * from t_user where match(phone AGAINST('0797-12345' in boolean mode

得到结果

也是产品经理反映的问题。

看起来，这条SQL是将包含0797的数据行都返回了，但我使用的是布尔模式，要求全部匹配上0797-12345才返回。

分词器


分词就是对需要进行搜索的关键词进行拆分。MySQL最初支持全文索引时，使用的是parser （拉丁语法分词器，通过空格来分词），
如英文I am programmer ,天然可以通过空格拆分成I am programmer3个单词，这也就是前文说的英语天然没有分词的问题。

因此MYSQL5.7.6后提供了n_gram parser（字符长度分词器，对中文的全文索引支持更友好，分词器的使用也很简单，创建索引时添加 WITH PARSER ngram即为使用n_gram parser（字符长度分词器，不加则默认使用传统parser（拉丁语法空格分词器）。

字符长度分词器这几个字，故名思义，它就是按字符的长度来分词的，之所以单独提出来，是区别于基于NLP自然语义的分词，如复旦分词等。

我是程序员这个短句，如果按照自然语义分析来进行分词的话，它可能会分成我 是 程序 程序员等。
断不可能分出来序员。除非分词器有问题。

n_gram parser分词器就有可能。 mysql默认分词长度为2，可在my.cnf里进行配置，ngram_token_size = 2指定分词长度。

我是程序员这个短句可以有以下多种分词效果。


ngram_token_size=1: '我', '是', '程', '序', '员'
ngram_token_size=2: '我是', '是程', '程序' , '序员' 
ngram_token_size=3: '我是程', '是程序' , '程序员'
...
ngram_token_size=5: '我是程序员'
...
最大ngram_token_size=10

我的测试库ngram_token_size为2，加个字段简单测试一下。

程序和序员都能得到正确的结果。


如金额23.45元，手机号13912345678，座机号0797-12345678，日期2023-01-01等等。

-后面不相同的号码，
我一开始以为是-的问题。它将0797-12345678分成了0797和12345678两部份。

n_gram parser的介绍，我们知道它是基于长度的分词器，那么原因肯定就不是这样的。

select * from t_user where match(phone AGAINST('7-' in NATURAL LANGUAGE mode
select * from t_user where match(phone AGAINST('07' in boolean mode

7-和07都能将3条记录全部匹配出来。

7-搜索不出来。

这里mysql把7-中的-当成逻辑运算符了，而不是整体当作一个搜索关键词。


stopword


对于ngram解析器，stopword处理的执行方式不同。ngram解析器不排除与stopword中的条目相等的令牌，而是排除包含stopword的令牌。

a,b的文档将被解析为a，和，b。
如果逗号，被定义为stopword，则a，和，b都将从索引中排除，因为它们包含逗号。


-，同时ngram_token_size=4，那么座机号0797-1789就被拆分成两个大的部份，0797和1789。
其中 797-1 97-17 7-178 等都将被排除。

-。

INFORMATION_SCHEMA.INNODB_FT_DEFAULT_STOPWORD表来查看。
可以通过此表来自定义删除或添加stopword，从而改变分词规则。

mysql> SELECT * FROM INFORMATION_SCHEMA.INNODB_FT_DEFAULT_STOPWORD;
+-------+
| value |
+-------+
| a     |
| about |
| an    |
| are   |
| as    |
| at    |
| be    |
| by    |
| com   |
| de    |
| en    |
| for   |
| from  |
| how   |
| i     |
| in    |
| is    |
| it    |
| la    |
| of    |
| on    |
| or    |
| that  |
| the   |
| this  |
| to    |
| was   |
| what  |
| when  |
| where |
| who   |
| will  |
| with  |
| und   |
| the   |
| www   |
+-------+
36 rows in set (0.00 sec

布尔模式的逻辑运算符


mysql全文检索有两种最常用的方式。自然语言模式和布尔模式。


自然语言模式


abc(假设ngram_token_size=2被转换为ab bc。给定两个文档，一个包含ab，另一个包含abc，搜索词ab bc匹配这两个文档。

12和'0997'都被命中了。


布尔模式


abc(假设ngram_token_size=2被转换为ab bc。给定两个文档，一个包含ab，另一个包含abc，搜索短语ab bc只匹配包含abc的文档。

使用相同的测试数据和相当的搜索关键词，使用布尔模式搜索。

但是

0797-12345命中了0797-94649和0797-1789。
但不会命中'07','09','12'等。

0797-12345中的'-'被当成语法了，导致无形中被拆分成了0797和12345两部份。

但是，我从mysql官网没有找到证据。 所以此点存疑。各位看官要有自己的思考，不要被我误导！

现在我们来讨论一下布尔模式下的逻辑运算符问题。

布尔模式的逻辑运算符

    +
    select * from t_user where match(phone AGAINST('a +b' in boolean mode
    其中 + 会被识别成逻辑运算符，而不是将a +b作为一个整体，以下同理。
    'a +b' 指'a'和'b'必须同时出现才满足搜索条件。
  1. -
    select * from t_user where match(phone AGAINST('0797 -12345' in boolean mode
    0797 -12345指0797必须包含，但不包含12345才能满足搜索条件。
    以下查询排除了包含0797-12345的记录。
    注意-前后空格 0797 -12345才表示包含0797 同时不包含12345.
    0797-12345等于0797 - 12345，它并不等于0797 -12345。
    有图为证：
  2. > <
    提高/降低该条匹配数据的权重值。不管使用>还是 <，其权重值均大于没使用其中任何一个的。
    select * from t_user where match(phone AGAINST('0797(>94649 <12345' in boolean mode
    表示匹配0797,同时包含94649的列往前排，包含12345的往后排
    select * from t_user where match(phone AGAINST('a > b' in NATURAL LANGUAGE mode
  3. (
    相当于表达式分组，参考上一个例子。
  4. *
    通配符，只能在字符串后面使用
  5. "
    完全匹配，被双引号包起来的单词必须整个被匹配。
    select * from t_user where match(phone AGAINST('"0797-1789"' in boolean mode
    "0797-1789"中不可再分。其它包含0797-1234等记录就不再匹配。

解决方案


我们遇到了一个问题，一个座机号0979-1789全文检索返回了不完全匹配的记录。

经过上面的旅程，我们有了两种方案。

    使用 ""
    将座机号包起来，"0979-1789"，表示此搜索关键词不可再分。自然就能全匹配。
  1. 主动拆分，再使用+
    我们知道，之所以座机号能将不完全匹配的记录查询出来，是因为将座机号当中的"-"当成了逻辑运算符，从而导致了座机号被拆分成了两部份。
    那我们先主动将座机号拆分两部份，再使用逻辑运算符"+"，表示两部份都必须包含才能返回。

其它的电话号码表示方法，比如区号+电话号码，023+12345678，国际长途0086-10-1234567或+86-573-82651630，610-643-4567等。
这里面涉及到+-等逻辑运算符，用第一种方法最安全。

倒排索引

好像这种说法，在lucene或者elasticsearch更流行。

传统数据库索引的方式是，【表->字段】。而倒排索引的方式是先将字段进行分词，然后将单词跟文档进行关联，变为【文档 -> 单词】，并将记录其它更为强大的信息（文档编号、词项频率、词项的位置、词项开始和结束的字符位置可以被存储）。

1 我是程序员

先分词(这里假设以自然语义分词

2 【我】【热爱】【写】【程序】

前面文章对关键字，经倒排后变成关键字对文章

关键字 文章号
我 1，2
是 1
程序 1，2
程序员 1
热爱 2
写 2

 

关键字 文章号（频率） 位置
我 1（1） 1
  2（1） 1
是 1（1） 2
程序 1（1） 3
  2（1） 4
程序员 1（1） 4
热爱 1（1） 1
写 1（1） 3

如果我要对“程序”进行搜索，能就能快速定位到文档1，2，并且能直接知道它在文档当中出现了多少次，分别出现在哪里。

小结

i love you三部份。
在5.7.6以后，针对中日韩文字内置了一种基于长度的分词器，n_gram parser。
此分词器并不区分中文和阿拉伯数字，两种文本分词的标准是一样的。
但一些特殊的文本里面带有布尔模式下的逻辑运算符(+-><*(的时候需要特别注意。


1：只支持char、varchar、text类型。
2：MySQL的全文索引只有全部在内存中的时候，性能才非常好。如果内存无法装载全部索引，那么性能可能会非常慢（可以为全文索引设置单独的键缓存（key cache），保证不会被其他的索引缓存挤出内存）
3：相比其它的索引类型，当insert、update和delete操作进行时，全文索引的操作代价非常大。而且全文索引会有更多的碎片，可能需要做更多的optimize table操作。
4：全文索引优先级在索引中最高，即便这时有更合适的索引可用，MySQL也会放弃性能比较，优先使用全文索引。
5：全文索引不存储索引列的实际值，也就不可能用作索引覆盖扫描。
6：除了相关性排序，全文索引不能用作其他的排序。如果查询需要做相关性以外的排序操作，都需要使用文件排。


参考:
https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/fulltext-search-ngram.html
https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/fulltext-stopwords.html

编程笔记 » 一个线上全文索引BUG的排查:关于类阿拉件数字的分词与检索

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