欢迎 MilvusPlus 加入 Dromara 社区,向量数据库增强操作库

来源: 投稿
2024-05-23 09:02:00

MilvusPlus:向量数据库增强操作库

项目简介

MilvusPlus

🔥🔥🔥MilvusPlus(简称 MP)是一个 Milvus 的操作工具,旨在简化与 Milvus 向量数据库的交互,为开发者提供类似 MyBatis-Plus 注解和方法调用风格的直观 API,提高效率而生。

特性

  • 无侵入:只做增强不做改变,引入它不会对现有工程产生影响,如丝般顺滑

  • 损耗小:启动即会自动注入基本 CURD,性能基本无损耗,直接面向对象操作

  • 强大的 CRUD 操作:通用 MilvusMapper,仅仅通过少量配置即可实现 CRUD 操作,更有强大的条件构造器,满足各类使用需求

  • 支持 Lambda 形式调用:通过 Lambda 表达式,方便的编写各类查询条件,无需再担心字段写错

  • 支持主键自动生成:完美解决主键问题

  • 支持自定义全局通用操作:支持全局通用方法注入

  • 注解式配置:采用与 MyBatis-Plus 类似的注解方式配置实体模型。

  • 直观的 API:直接的 API 设计简化数据库操作。

  • 易于扩展:核心设计注重可扩展性。

  • 类型安全:利用 Java 类型安全减少错误。

快速开始

自定义扩展支持:

<dependency>
    <groupId>io.github.javpower</groupId>
    <artifactId>milvus-plus-core</artifactId>
    <version>2.4.0-SNAPSHOT</version>
</dependency>

Spring应用支持:

<dependency>
    <groupId>io.github.javpower</groupId>
    <artifactId>milvus-plus-boot-starter</artifactId>
    <version>2.4.0-SNAPSHOT</version>
</dependency>

Solon应用支持:

<dependency>
    <groupId>io.github.javpower</groupId>
    <artifactId>milvus-plus-solon-plugin</artifactId>
    <version>2.4.0-SNAPSHOT</version>
</dependency>

配置文件

milvus:
  uri: https://in03-a5357975ab80da7.api.gcp-us-west1.zillizcloud.com
  token: x'x'x'x
  enable: true
  packages:
    - io.github.javpower.milvus.demo.model
  • milvus:定义了与Milvus服务相关的配置。
    • uri:Milvus服务的URI,应用程序通过这个URI与Milvus服务进行通信。
    • token:用于验证和授权的令牌(Token),确保访问Milvus服务的安全性。
    • enable:一个布尔值,用于指示Milvus模块是否应该被启用。
    • packages:这些包包含了自定义注解对应的Java类。

应用场景

  • 相似性搜索:快速检索与给定向量最相似的项。
  • 推荐系统:根据用户行为和偏好推荐相关内容。
  • 图像检索:在大规模图像库中找到与查询图像最相似的图像。
  • 自然语言处理:将文本转换为向量并执行语义搜索。
  • 生物信息学:分析和比较生物序列,如蛋白质和基因组数据。

自定义注解详解

使用自定义注解自动化Milvus数据库集成,提供了以下显著优势:

  • 简化开发流程:通过注解直接在代码中声明数据库结构,不用手动创建集合、属性、索引、分区,项目启动即自动构建,减少手动编写Milvus API调用的需要。
  • 提高开发效率:注解驱动的方式使得数据库结构的创建和管理更加快捷,加快开发速度。
  • 增强代码可读性:将数据库结构定义与业务逻辑代码紧密结合,提高代码的可读性和可维护性。
  • 减少错误:自动化创建数据库结构减少了人为错误的可能性,提高了系统的稳定性。
  • 易于维护:注解的使用使得数据库结构的变更更加集中和明确,便于后期维护和升级。

@ExtraParam 注解

  • 用途:定义索引或其他自定义功能的额外参数。
  • 属性
    • key(): 参数的键名。
    • value(): 参数的值。

@MilvusCollection 注解

  • 用途:定义Milvus数据库中的集合。
  • 属性
    • name(): 集合的名称。

@MilvusField 注解

  • 用途:定义Milvus集合中的字段。
  • 属性
    • name(): 字段名称,默认为Java字段名。
    • dataType(): 数据类型,默认为FLOAT_VECTOR
    • dimension(): 向量维度,默认为-1。
    • isPrimaryKey(): 是否为主键,默认为false。
    • autoID(): 是否自动生成ID,默认为false。
    • description(): 字段描述,默认为空。
    • elementType(): 元素类型,默认为None
    • maxLength(): 最大长度,默认为-1。
    • maxCapacity(): 最大容量,默认为-1。
    • isPartitionKey(): 是否为分区键,默认为false。

@MilvusIndex 注解

  • 用途:定义Milvus集合中的索引。
  • 属性
    • indexType(): 索引类型,默认为FLAT
    • metricType(): 度量类型,默认为L2
    • indexName(): 索引名称,默认为空。
    • extraParams(): 额外参数,使用ExtraParam注解定义。

@MilvusPartition 注解

  • 用途:定义Milvus集合的分区。
  • 属性
    • name(): 分区的名称数组。

通过这些注解,开发者可以轻松地定义和管理Milvus数据库的结构,实现项目启动时自动构建所需数据库结构的目标。

CRUD模块介绍

CRUD模块是应用程序中用于处理数据的基本操作集合,即创建(Create)、读取(Read)、更新(Update)和删除(Delete)。在本模块中,我们通过抽象类BaseMilvusMapper<T>封装了与Milvus数据库交互的CRUD操作,提供了一种类型安全且易于使用的接口。

抽象类BaseMilvusMapper<T>

BaseMilvusMapper<T>是一个抽象类,它实现了IAMService接口,并定义了一系列用于操作Milvus数据库的方法。这个类是所有与Milvus数据库交互的Mapper类的基类。

抽象方法getClient()

  • 功能:返回一个MilvusClientV2实例,用于与Milvus数据库进行通信。

方法queryWrapper()

  • 功能:创建并返回一个LambdaQueryWrapper<T>实例,用于构建查询操作。

方法deleteWrapper()

  • 功能:创建并返回一个LambdaDeleteWrapper<T>实例,用于构建删除操作。

方法updateWrapper()

  • 功能:创建并返回一个LambdaUpdateWrapper<T>实例,用于构建更新操作。

方法insertWrapper()

  • 功能:创建并返回一个LambdaInsertWrapper<T>实例,用于构建插入操作。

方法getById(Serializable ... ids)

  • 功能:根据提供的ID列表查询数据。
  • 参数ids - 一个可序列化的ID列表。
  • 返回MilvusResp<List<MilvusResult<T>>> - 包含查询结果的响应。

方法removeById(Serializable ... ids)

  • 功能:根据提供的ID列表删除数据。
  • 参数ids - 一个可序列化的ID列表。
  • 返回MilvusResp<DeleteResp> - 删除操作的响应。

方法updateById(T ... entity)

  • 功能:根据提供的实体更新数据。
  • 参数entity - 一个实体对象列表。
  • 返回MilvusResp<UpsertResp> - 更新操作的响应。

方法insert(T ... entity)

  • 功能:插入提供的实体到数据库。
  • 参数entity - 一个实体对象列表。
  • 返回MilvusResp<InsertResp> - 插入操作的响应。

方法lambda(Wrapper<W, T> wrapper)

  • 功能:创建一个通用的构建器实例,用于不同类型的操作。
  • 参数wrapper - 一个构建器实例。
  • 返回W - 返回构建器实例。

流程说明

  1. 获取客户端:通过getClient()方法获取与Milvus数据库通信的客户端。
  2. 创建构建器:使用queryWrapper()deleteWrapper()updateWrapper()insertWrapper()方法创建相应的操作构建器。
  3. 执行操作:使用构建器构建具体的CRUD操作,并执行。
  4. 获取集合名称:通过实体类上的@MilvusCollection注解获取集合名称。
  5. 初始化构建器:使用lambda()方法初始化构建器,设置集合名称、客户端、转换缓存和实体类型。

优势

  • 类型安全:通过泛型T确保操作的数据类型一致性。
  • 简化操作:封装CRUD操作,简化代码编写和数据库交互。
  • 易于扩展:抽象类设计使得扩展新的操作或自定义行为变得简单。
  • 注解驱动:利用@MilvusCollection注解自动获取集合名称,减少硬编码。

通过BaseMilvusMapper<T>类,开发者可以方便地实现与Milvus数据库的交互,提高开发效率并降低出错率。

IAMService接口模块介绍

IAMService接口模块提供了一套完整的身份认证与访问管理(Identity and Access Management, IAM)功能,用于管理Milvus数据库中的角色、用户以及权限。该模块允许开发者通过简单的方法调用来执行用户和角色的创建、查询、删除、权限授予和撤销等操作。

方法getClient()

  • 功能:获取MilvusClientV2实例,用于与Milvus服务进行通信。

默认方法createRole(String roleName)

  • 功能:创建一个新的角色。
  • 参数roleName - 要创建的角色名称。

默认方法createUser(String userName, String password)

  • 功能:创建一个新的用户。
  • 参数
    • userName - 要创建的用户的名称。
    • password - 用户的密码。

默认方法describeRole(String roleName)

  • 功能:获取指定角色的权限信息。
  • 参数roleName - 要查询的角色名称。
  • 返回DescribeRoleResp - 包含角色权限信息的对象。

默认方法describeUser(String userName)

  • 功能:获取指定用户的详细信息。
  • 参数userName - 要查询的用户名称。
  • 返回DescribeUserResp - 包含用户详细信息的对象。

默认方法dropRole(String roleName)

  • 功能:删除指定的自定义角色。
  • 参数roleName - 要删除的角色名称。

默认方法dropUser(String userName)

  • 功能:删除指定的用户。
  • 参数userName - 要删除的用户名。

默认方法grantPrivilege(String roleName, String objectType, String privilege, String objectName)

  • 功能:授予角色特定的权限。
  • 参数
    • roleName - 要授予权限的角色名称。
    • objectType - 权限对象的类型。
    • privilege - 要授予的权限名称。
    • objectName - 权限适用的对象名称。

默认方法grantRole(String roleName, String userName)

  • 功能:授予用户特定角色。
  • 参数
    • roleName - 要授予给用户的角色名称。
    • userName - 已存在的用户名称。

默认方法listRoles()

  • 功能:列出所有自定义角色。
  • 返回:角色名称的列表。

默认方法listUsers()

  • 功能:列出所有现有用户的用户名。
  • 返回:用户名的列表。

默认方法revokePrivilege(String roleName, String objectType, String privilege, String objectName, String databaseName)

  • 功能:撤销已分配给角色的权限。
  • 参数
    • roleName - 要从中撤销权限的角色名称。
    • objectType - 权限对象的类型。
    • privilege - 要撤销的权限名称。
    • objectName - 要撤销权限的API名称。
    • databaseName - 可选的数据库名称。

默认方法revokeRole(String roleName, String userName)

  • 功能:撤销用户的角色。
  • 参数
    • roleName - 要撤销的角色名称。
    • userName - 现有用户的用户名。

默认方法updatePassword(String userName, String password, String newPassword)

  • 功能:更新指定用户的密码。
  • 参数
    • userName - 现有用户的用户名。
    • password - 用户当前的密码。
    • newPassword - 用户的新密码。

优势

  • 简化管理:通过统一的接口简化了用户和角色的管理。
  • 类型安全:接口方法使用明确的参数类型,减少了错误。
  • 易于集成:默认方法使得实现细节可以轻松集成到现有系统中。
  • 细粒度控制:支持细粒度的权限控制,增强了安全性。
  • 异常处理:方法中包含异常处理机制,确保了操作的稳定性。

IAMService接口模块是构建安全、可靠且易于管理的Milvus数据库访问控制系统的基础。

条件构造器

条件构造器模块是一个用于动态构建查询条件的抽象基类ConditionBuilder<T>。它提供了一套丰富的方法来生成各种查询条件,从而简化数据库查询的构建过程。

功能概述

  • 动态属性映射:自动将实体对象的属性映射为查询条件。
  • 支持多种条件:包括等于、不等于、大于、小于、范围、空值检查、IN条件、LIKE条件等。
  • 逻辑操作:支持AND、OR和NOT逻辑操作,以构建复杂的查询条件。
  • 类型安全:泛型T确保了条件构造过程中的类型安全。
  • 易于扩展:抽象类设计允许开发者根据需要扩展更多条件构造功能。

主要方法

getPropertiesMap(T t)

  • 功能:将实体对象的属性及其值映射为Map。

基本条件方法

  • eqnegtgeltle:分别用于添加等于、不等于、大于、大于等于、小于、小于等于条件。

范围和空值检查

  • between:添加范围条件。
  • isNullisNotNull:添加空值检查条件。

IN条件和LIKE条件

  • in:添加IN条件,用于匹配字段值是否在给定的列表中。
  • like:添加LIKE条件,用于执行模式匹配查询。

JSON和数组操作

  • jsonContainsjsonContainsAlljsonContainsAny:用于处理JSON字段的包含检查。
  • arrayContainsarrayContainsAllarrayContainsAny:用于处理数组字段的包含检查。
  • arrayLength:检查数组字段的长度。

逻辑操作

  • andornot:用于组合多个条件构造器对象,执行逻辑AND、OR和NOT操作。

辅助方法

  • convertValueconvertValues:用于将值转换为适合查询的格式。
  • wrapFieldName:用于包装字段名,可能需要根据具体的查询语言调整。

抽象方法

  • buildFilters:需要子类实现的具体过滤条件字符串构建逻辑。

使用示例

ConditionBuilder<MyEntity> builder = new ConditionBuilder<>();
builder.eq("name", "John").gt("age", 18).and(new ConditionBuilder<MyEntity>().like("email", "example.com"));
String filters = builder.buildFilters();

索引与度量类型详解

索引类型(IndexType)

  • INVALID:无效索引类型,仅用于内部标记。
  • FLAT:暴力搜索,适用于小规模数据集。
  • IVF_FLAT:倒排索引平面模式,适用于中等规模数据集。
  • IVF_SQ8:倒排索引量化模式,适用于大规模数据集,牺牲精度提升速度。
  • IVF_PQ:倒排索引产品量化模式,适用于大规模高维数据集,平衡速度和精度。
  • HNSW:分层导航小世界图,提供快速搜索,适用于大规模数据集。
  • DISKANN:基于磁盘的近似最近邻搜索,适用于存储在磁盘上的大规模数据集。
  • AUTOINDEX:自动选择最优索引类型。
  • SCANN:使用扫描和树结构加速搜索。
  • GPU_IVF_FLAT、GPU_IVF_PQ:GPU 加速索引,适用于 GPU 环境。
  • BIN_FLAT、BIN_IVF_FLAT:二进制向量专用索引。
  • TRIE:适用于字符串类型的字典树索引。
  • STL_SORT:适用于标量字段的排序索引。

度量类型(MetricType)

  • INVALID:无效度量类型,仅用于内部标记。
  • L2:欧几里得距离,适用于浮点向量。
  • IP:内积,用于计算余弦相似度。
  • COSINE:余弦相似度,适用于文本和图像搜索。
  • HAMMING:汉明距离,适用于二进制向量。
  • JACCARD:杰卡德相似系数,适用于集合相似度计算。

使用案例

以下是使用 MilvusPlus 进行向量搜索的示例:

@Data
@MilvusCollection(name = "face_collection") // 指定Milvus集合的名称
public class Face {
    @MilvusField(
            name = "person_id", // 字段名称
            dataType = DataType.Int64, // 数据类型为64位整数
            isPrimaryKey = true, // 标记为主键
    )
    private Long personId; // 人员的唯一标识符

    @MilvusField(
            name = "face_vector", // 字段名称
            dataType = DataType.FloatVector, // 数据类型为浮点型向量
            dimension = 128, // 向量维度,假设人脸特征向量的维度是128
    )
    @MilvusIndex(
            indexType = IndexParam.IndexType.IVF_FLAT, // 使用IVF_FLAT索引类型
            metricType = IndexParam.MetricType.L2, // 使用L2距离度量类型
            indexName = "face_index", // 索引名称
            extraParams = { // 指定额外的索引参数
                    @ExtraParam(key = "nlist", value = "100") // 例如,IVF的nlist参数
            }
    )
    private List<Float> faceVector; // 存储人脸特征的向量
}
@Component
public class FaceMilvusMapper extends MilvusMapper<Face> {
    
}

@Component
@Slf4j
public class ApplicationRunnerTest implements ApplicationRunner {
    private final FaceMilvusMapper mapper;

    public ApplicationRunnerTest(FaceMilvusMapper mapper) {
        this.mapper = mapper;
    }

    @Override
    public void run(ApplicationArguments args){
        Face face=new Face();
        List<Float> vector = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 128; i++) {
            vector.add((float) (Math.random() * 100)); // 这里仅作为示例使用随机数
        }
        face.setPersonId(1l);
        face.setFaceVector(vector);
        //新增
        List<Face> faces=new ArrayList<>();
        for (int i = 1; i < 10 ;i++){
            Face face1=new Face();
            face1.setPersonId(Long.valueOf(i));
            List<Float> vector1 = new ArrayList<>();
            for (int j = 0; j < 128; j++) {
                vector1.add((float) (Math.random() * 100)); // 这里仅作为示例使用随机数
            }
            face1.setFaceVector(vector1);
            faces.add(face1);
        }
        MilvusResp<InsertResp> insert = mapper.insert(faces.toArray(faces.toArray(new Face[0]))); log.info("insert--{}", JSONObject.toJSONString(insert));
        //id查询
        MilvusResp<List<MilvusResult<Face>>> query = mapper.getById(9l);
        log.info("query--getById---{}", JSONObject.toJSONString(query));
        //向量查询
        MilvusResp<List<MilvusResult<Face>>> query1 = mapper.queryWrapper()
                .vector(Face::getFaceVector, vector)
                .ne(Face::getPersonId, 1L)
                .topK(3)
                .query();
        log.info("向量查询 query--queryWrapper---{}", JSONObject.toJSONString(query1));
        //标量查询
        MilvusResp<List<MilvusResult<Face>>> query2 = mapper.queryWrapper()
                .eq(Face::getPersonId, 2L)
                .limit(3)
                .query();
        log.info("标量查询   query--queryWrapper---{}", JSONObject.toJSONString(query2));
        //更新
        vector.clear();
        for (int i = 0; i < 128; i++) {
            vector.add((float) (Math.random() * 100)); // 这里仅作为示例使用随机数
        }
        MilvusResp<UpsertResp> update = mapper.updateById(face);log.info("update--{}", JSONObject.toJSONString(update));
        //id查询
        MilvusResp<List<MilvusResult<Face>>> query3 = mapper.getById(1L);log.info("query--getById---{}", JSONObject.toJSONString(query3));
        //删除
        MilvusResp<DeleteResp> remove = mapper.removeById(1L);log.info("remove--{}", JSONObject.toJSONString(remove));
        //查询
        MilvusResp<List<MilvusResult<Face>>> query4 = mapper.getById(1L);log.info("query--{}", JSONObject.toJSONString(query4));

    }
}

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https://gitee.com/dromara/MilvusPlus

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