Go back

RawWeb 更新：SimHash 和 Meilisearch

Published:  at  11:29 AM
Table of Contents

最近半个月给 RawWeb 添加了两个重要变动：

  1. 引入 SimHash 实现文档去重
  2. 从 Elasticsearch 迁移到 Meilisearch，降低运维成本

实施过程比较顺利，最终成功迁移并清理了 56k 个相似文档，但也遇到了 Meilisearch 内存和性能上的一些挑战。

文档去重

早先简单地使用 URL 作为唯一性约束，这导致在维护时经常发现大量文档内容重复。

常见的重复原因：

基于 URL 的去重实现简单，但总归有很大的局限性，且无法涵盖所有异常情况。要想从根上解决重复问题，还得从内容本身下手。

SimHash

SimHash 是一种局部敏感的哈希算法，能够体现文本各部分的特征，并且可以通过汉明距离来高效地评估相似度。

比如如下两个字符串，SimHash 只有几个 bit 的差别，而 md5 则完全不同。

datasimhashmd5
i think a is the best10000110110000000000000000101001846ff6bebe901ead008e9c0e01a87470
i think b is the best10000010110000000000100001101010ba1d2dc00d0a23dbb2001d570f03fb19

相较于其他文本相似度计算方法，Simhash 的优点在于计算、存储、比较都非常轻量，并且有强力背书：Google 爬虫使用 SimHash 识别重复网页。

计算哈希和汉明距离

实现 SimHash 比较简单，完全依靠 Claude Sonnet 3.5 实现了基本的 SimHash 和汉明距离计算，然后用测试用例评估效果。

几个关键点：

package simhash

import (
	"backend/core/pkgs/simhash/tokenizer"
	"hash/fnv"
)

const (
	// HASH_BITS represents the number of bits in a SimHash value
	HASH_BITS = 64
)

// CalculateSimHash calculates the SimHash value of a text
// SimHash is a hashing algorithm used for calculating text similarity, effectively detecting the degree of similarity between texts
// Algorithm steps:
// 1. Tokenize the text
// 2. Calculate the hash value for each token
// 3. Merge all token hash values into a feature vector
// 4. Derive the final SimHash value from the feature vector
func CalculateSimHash(text string) uint64 {
	if text == "" {
		return 0
	}

	words := tokenizer.Tokenize(text)

	weights := make([]int, HASH_BITS)

	// Calculate hash for each token and update weights
	for _, word := range words {
		hash := getHash(word)
		// Update weights based on each bit position
		for i := 0; i < HASH_BITS; i++ {
			if (hash & (1 << uint(i))) != 0 {
				weights[i]++
			} else {
				weights[i]--
			}
		}
	}

	// Generate the final simhash value
	var simhash uint64
	for i := 0; i < HASH_BITS; i++ {
		if weights[i] > 0 {
			simhash |= (1 << uint(i))
		}
	}

	return simhash
}

// getHash calculates the hash value of a string
func getHash(s string) uint64 {
	h := fnv.New64a()
	h.Write([]byte(s))
	return h.Sum64()
}

// HammingDistance calculates the Hamming distance between two simhash values
// Hamming distance is the number of different characters at corresponding positions in two equal-length strings
// In SimHash, a smaller Hamming distance indicates higher similarity between two texts
func HammingDistance(hash1, hash2 uint64) int {
	xor := hash1 ^ hash2
	distance := 0

	// Count the number of different bits (Brian Kernighan algorithm, better performance)
	for xor != 0 {
		distance++
		xor &= xor - 1
	}

	return distance
}

// SplitSimHash splits a simhash value into four 16-bit parts
func SplitSimHash(hash uint64) [4]uint16 {
	return [4]uint16{
		uint16((hash >> 48) & 0xFFFF),
		uint16((hash >> 32) & 0xFFFF),
		uint16((hash >> 16) & 0xFFFF),
		uint16(hash & 0xFFFF),
	}
}

// MergeSimHash merges four 16-bit parts into a single simhash value
func MergeSimHash(parts [4]uint16) uint64 {
	return (uint64(parts[0]) << 48) | (uint64(parts[1]) << 32) | (uint64(parts[2]) << 16) | uint64(parts[3])
}

// IsSimilar determines whether two texts are similar
// threshold represents the similarity threshold, typically a value between 3-10
// Returns true if the two texts are similar, false if not
func IsSimilar(hash1, hash2 uint64, threshold int) bool {
	return HammingDistance(hash1, hash2) <= threshold
}
# pgsql

CREATE OR REPLACE FUNCTION hamming_distance(
    simhash1_1 SMALLINT,
    simhash1_2 SMALLINT,
    simhash1_3 SMALLINT,
    simhash1_4 SMALLINT,
    simhash2_1 SMALLINT,
    simhash2_2 SMALLINT,
    simhash2_3 SMALLINT,
    simhash2_4 SMALLINT
) RETURNS INTEGER
	PARALLEL SAFE
AS $$
BEGIN
    RETURN bit_count((simhash1_1 # simhash2_1)::BIT(16)) +
           bit_count((simhash1_2 # simhash2_2)::BIT(16)) +
           bit_count((simhash1_3 # simhash2_3)::BIT(16)) +
           bit_count((simhash1_4 # simhash2_4)::BIT(16));
END;
$$ LANGUAGE plpgsql IMMUTABLE;

进一步优化分词

分词得到的 token 是计算 SimHash 时的基本单元，分词的质量越高，SimHash 越能精确反映文档特征。

测试了几类分词器：

综合来看 Charabia 的效果是最好的。但这是一个 Rust 项目，而 RawWeb 服务端技术栈是 Go，需要 CGO 来调用 Charabia （Go 调用 cli 的方式比 CGO 调用的性能差至少 10 倍），这又引入了交叉编译的复杂性。

我不会 Rust 和 CGO，以下代码大都都由 Claude Sonnet 3.5/3.7 生成，结合实际情况做了些调整。

首先用一个简单的 Rust 函数暴露 Charabia 的 Tokenize 方法：

use charabia::Tokenize;
use libc::{c_char};
use serde_json::json;
use std::ffi::{CStr, CString};
use std::ptr;

fn tokenize_string(input: &str) -> Vec<String> {
    input
        .tokenize()
        .filter(|token| token.is_word())
        .map(|token| token.lemma().to_string().trim().to_string())
        .filter(|token| !token.is_empty())
        .collect()
}

/// Tokenizes the input string and returns a JSON string containing the tokens
///
/// # Safety
///
/// This function is unsafe because it deals with raw pointers
#[no_mangle]
pub unsafe extern "C" fn tokenize(input: *const c_char) -> *mut c_char {
	// C stuff ...

    // Tokenize the input
    let tokens = tokenize_string(input_str);

	// C stuff ...

Cargo.toml:

# ...

[lib]
name = "charabia_rs"
crate-type = ["cdylib", "staticlib"]

[dependencies]
charabia = { version = "0.9.3", default-features = false, features = [
    "chinese-segmentation", # disable chinese-normalization (https://github.com/meilisearch/charabia/issues/331)
    #"german-segmentation",
    "japanese",
] }

# ...

本机测试时可以直接运行 cargo build --release 编译，但跨平台编译麻烦很多。幸运地是 Zig 的工具链极大降低了交叉编译 C 的难度，不需要再借助 musl libc 了！

安装 Zig 和 zigbuild，然后编译：

cargo zigbuild --release --target aarch64-unknown-linux-gnu

将 Rust 代码编译成 .so 后，在 RawWeb 中调用其导出的方法。要配置交叉编译时链接正确的 .so、线上程序启动时从 ./lib 加载 .so：

// #cgo linux,amd64 LDFLAGS: -L${SRCDIR}/charabia-rs/target/x86_64-unknown-linux-gnu/release -lcharabia_rs -Wl,-rpath,./lib
// #cgo linux,arm64 LDFLAGS: -L${SRCDIR}/charabia-rs/target/aarch64-unknown-linux-gnu/release -lcharabia_rs -Wl,-rpath,./lib
// #cgo LDFLAGS: -L${SRCDIR}/charabia-rs/target/release -lcharabia_rs
// #include <stdlib.h>
// #include <stdint.h>
//
// typedef void* charabia_result_t;
//
// extern char* tokenize(const char* input);
// extern void free_tokenize_result(char* ptr);
import "C"

// Tokenize tokenizes the given text using the Rust implementation via cgo
func Tokenize(text string) []string {
	// C stuff ...

	cResult := C.tokenize(cText)

	// C stuff ...

同样借助 Zig 来交叉编译：

CGO_ENABLED=1 GOOS=linux GOARCH=arm64 CC="zig cc -target aarch64-linux" CXX="zig c++ -target aarch64-linux" go build ...

最后部署时将 libcharabia_rs.so 放到 ./lib/ 中即可被加载。

筛选相似内容

根据资料，对于 64 位的 SimHash 来说汉明距离小于 3 就可以判定为相似。

但受限于分词质量、内容长度等因素，在我的测试用例中设置汉明距离为 1 也会出现误判。另外 VPS 配置太低，在 700k 条数据中为一个文档计算并比较汉明距离耗时 1.2s 左右，算下来全量比较一次需要 10 天。这显然不可接受。

所以暂时只筛选了哈希值完全相同的文档，这样无需计算汉明距离，搜索能够使用数据库索引，速度非常快。最终清理了 56k 个相似文档，这个数量远超我的预估，鉴于测试时出现过 SimHash 碰撞，合理怀疑这其中有不少误伤。后续还得优化分词和 token 权重。

参考

迁移到 Meilisearch

先前使用的全文搜索引擎是 Elasticsearch，功能丰富，经受了无数生产环境的检验。

随着 RawWeb 功能和数据量级趋于稳定，我发现 Elasticsearch 的大部分功能都用不上，但还要为此付出额外的运维成本（其实部署之后一直很稳定，但如果这么一个庞然大物哪天出现问题，我不确定是否有能力和精力去解决），而且 elasticsearch-go 非常难用。

Meilisearch 是一个更轻量级的替代方案，大部分功能都是开箱即用。迁移过程非常丝滑，不过也出现了几个意想不到的问题。

多语言文档

参考 W3Techs 互联网内容语言统计，RawWeb 特别标记了英语、中文、德语、法语、西班牙语、俄语、日语内容以实现按语言筛选搜索结果。

在 Elasticsearch 中分为了 content_en、content_zh 等字段并设置专用分词器，理论上在 Meilisearch 中可以简化掉这一步，因为 Meilisearch 能自动识别内容语言，但我最终还是拆分为了多个索引，因为：

将不同语言拆分到单独的索引中也符合 Meilisearch 官方的建议。

问题 1. 存储空间占用大

PostgreSQL 数据库大小约 2.4GB，导入文档后 Meilisearch 数据库大小约 23GB （searchableAttributes 和 filterableAttributes 都已正确配置）。

最初我没意识到了文档中对于磁盘使用量的暗示，导致硬盘被写满。好在硬盘是最便宜的云服务资源，扩容起来并不贵。

除此之外还有一个潜在问题：删除文档后 Meilisearch 并不会释放磁盘空间（文档）。要释放空间的话可能要借助快照（相关讨论）。

问题 2. 内存使用量限制失效

Meilisearch 部署在一台 2 vCPU 4GB RAM 的低配服务器上，由于之前 Elasticsearch 部署在同样配置的服务器上且运行良好，所以我以为 Meilisearch 也会一切顺利，索引完全部文档后就安心睡觉了（后来意识到大概当时只是进入 Meilisearch 任务队列了）。

醒来发现服务器 CPU 满载且磁盘读速度超过 1GB/s，整个系统卡死。强制重启后检查系统日志，能发现的异常只有 Meilisearch 容器的 OOM。于是使用 MEILI_MAX_INDEXING_MEMORY 限制了索引时内存使用量为 2GB。但是第二天再次出现 OOM 且 CPU 满载。

翻文档发现了 MEILI_EXPERIMENTAL_REDUCE_INDEXING_MEMORY_USAGE 参数，虽然是实验性的，试了一下发现效果确实很好，CPU 和磁盘读写都不再激进了。

monitor

问题 3. 文档删除非常慢导致任务积压

为了给 Meilisearch 清理数据库中已被删除的文档，同步时每批文档的操作为：

  1. 在 Meilisearch 中按照 id >= ? AND id <= ? 范围删除
  2. 新增文档

上线后数据同步出现问题，排查发现 Meilisearch 已经积压了 133k 个任务：

//GET /tasks?statuses=enqueued,processing

{"results":[{"uid":16354,"batchUid":null,"indexUid":"items_es","status":"enqueued","type":"documentAdditionOrUpdate","canceledBy":null,"details":{"receivedDocuments":7,"indexedDocuments":null},"error":null,"duration":null,"enqueuedAt":"2025-04-12T04:59:27.183657254Z","startedAt":null,"finishedAt":null},...],"total":13385,"limit":20,"from":16354,"next":16334}

观察任务执行情况发现文档删除操作非常慢，一次最多涉及 1k 个文档的范围删除要花费接近 20 分钟，并且由于同步文档时穿插着删除和新增操作，导致 Meilisearch 无法自动合并相邻任务。

没有搜到相似的 issue，这似乎是我独有的问题。怀疑是因为内存太小，且 Hetzner 扩展硬盘的性能仅为原始硬盘的 1/10（benchmark）。等拉到赞助有钱换高配服务器了再重新测试。

总结

这次更新的主要目标都已达成，之后将持续调试优化。

另外在实施过程中暴露了一些运维问题，比如停机时间过长、缺少服务器资源告警（上次重构时移除了 New Relic 监控）等，作为下一轮优化的对象。

Share this post on:
Share this post on Facebook Share this post on X
Previous Post
RawWeb Updates: SimHash and Meilisearch
Next Post
Neovim、终端和生产力