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https://gitee.com/dromara/MilvusPlus.git
synced 2025-12-06 08:58:26 +08:00
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# MilvusPlus：向量数据库增强操作库
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## 项目简介
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<div style="display: inline-block; border: 4px solid #ccc; border-radius: 10px; box-shadow: 0 4px 8px rgba(0, 0, 0, 0.1); margin: 10px; padding: 10px;">
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<img src="./logo/milvus.png" alt="MilvusPlus" style="border-radius: 10px;" />
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</div>
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> 🔥🔥🔥[MilvusPlus](https://milvusplus.cn/)（简称 MP）是一个 [Milvus](https://milvus.io) 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。
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## 特性
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- **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
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- **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
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- **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
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- **直观的 API**：直接的 API 设计简化数据库操作，MilvusService 提供丰富的API。
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- **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
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- **支持主键自动生成**：完美解决主键问题
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- **支持自定义全局通用操作**：支持全局通用方法注入
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- **注解式配置**：采用与 MyBatis-Plus 类似的注解方式配置实体模型。
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- **易于扩展**：核心设计注重可扩展性。
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- **类型安全**：利用 Java 类型安全减少错误。
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## 快速开始
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自定义扩展支持：
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```
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<dependency>
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<groupId>org.dromara</groupId>
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<artifactId>milvus-plus-core</artifactId>
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<version>2.1.6</version>
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</dependency>
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```
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Spring应用支持：
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```
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<dependency>
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<groupId>org.dromara</groupId>
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<artifactId>milvus-plus-boot-starter</artifactId>
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<version>2.1.6</version>
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</dependency>
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```
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Solon应用支持：
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```
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<dependency>
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<groupId>org.dromara</groupId>
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<artifactId>milvus-plus-solon-plugin</artifactId>
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<version>2.1.6</version>
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</dependency>
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```
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## 需知
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- 2.0.0版本必须使用索引注解定义索引，不然启动报错后，再添加无效，需要先删除集合
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- 2.0.0版本暂未发布 MilvusService 功能
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## 配置文件
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```
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milvus:
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uri: https://in03-a5357975ab80da7.api.gcp-us-west1.zillizcloud.com
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token: x'x'x'x
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enable: true
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open-log: true （默认 false 不打印）
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db-name: (可选)
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username: (可选)
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password: (可选)
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packages:
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- com.example.entity
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- `milvus`：定义了与Milvus服务相关的配置。
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- `uri`：Milvus服务的URI，应用程序通过这个URI与Milvus服务进行通信。
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- `token`：用于验证和授权的令牌（Token），确保访问Milvus服务的安全性。
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- `enable`：一个布尔值，用于指示Milvus模块是否应该被启用。
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- `packages`：这些包包含了自定义注解对应的Java类，你可以认为这是你自定义的实体类所在的包。
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## 应用场景
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- **相似性搜索**：快速检索与给定向量最相似的项。
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- **推荐系统**：根据用户行为和偏好推荐相关内容。
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- **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。
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- **自然语言处理**：将文本转换为向量并执行语义搜索。
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- **生物信息学**：分析和比较生物序列，如蛋白质和基因组数据。
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## 自定义注解详解
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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：
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- **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。
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- **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。
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- **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。
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- **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。
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- **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。
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### @ExtraParam 注解
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- **用途**：定义索引或其他自定义功能的额外参数。
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- **属性**：
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- `key()`: 参数的键名。
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- `value()`: 参数的值。
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### @MilvusCollection 注解
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- **用途**：定义Milvus数据库中的集合。
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- **属性**：
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- `name()`: 集合的名称。
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### @MilvusField 注解
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- **用途**：定义Milvus集合中的字段。
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- **属性**：
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- `name()`: 字段名称，默认为Java字段名。
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- `dataType()`: 数据类型，默认为`FLOAT_VECTOR`。
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- `dimension()`: 向量维度，默认为-1。
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- `isPrimaryKey()`: 是否为主键，默认为false。
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- `autoID()`: 是否自动生成ID，默认为false。
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- `description()`: 字段描述，默认为空。
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- `elementType()`: 元素类型，默认为`None`。
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- `maxLength()`: 最大长度，默认为-1。
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- `maxCapacity()`: 最大容量，默认为-1。
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- `isPartitionKey()`: 是否为分区键，默认为false。
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### @MilvusIndex 注解
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- **用途**：定义Milvus集合中的索引。
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- **属性**：
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- `indexType()`: 索引类型，默认为`FLAT`。
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- `metricType()`: 度量类型，默认为`L2`。
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- `indexName()`: 索引名称，默认为空。
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- `extraParams()`: 额外参数，使用`ExtraParam`注解定义。
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### @MilvusPartition 注解
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- **用途**：定义Milvus集合的分区。
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- **属性**：
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- `name()`: 分区的名称数组。
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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。
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## 索引与度量类型详解
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### 索引类型（IndexType）
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- **INVALID**：无效索引类型，仅用于内部标记。
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- **FLAT**：暴力搜索，适用于小规模数据集。
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- **IVF_FLAT**：倒排索引平面模式，适用于中等规模数据集。
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- **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。
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- **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。
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- **HNSW**：分层导航小世界图，提供快速搜索，适用于大规模数据集。
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- **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。
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- **AUTOINDEX**：自动选择最优索引类型。
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- **SCANN**：使用扫描和树结构加速搜索。
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- **GPU_IVF_FLAT、GPU_IVF_PQ**：GPU 加速索引，适用于 GPU 环境。
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- **BIN_FLAT、BIN_IVF_FLAT**：二进制向量专用索引。
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- **TRIE**：适用于字符串类型的字典树索引。
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- **STL_SORT**：适用于标量字段的排序索引。
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### 度量类型（MetricType）
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- **INVALID**：无效度量类型，仅用于内部标记。
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- **L2**：欧几里得距离，适用于浮点向量。
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- **IP**：内积，用于计算余弦相似度。
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- **COSINE**：余弦相似度，适用于文本和图像搜索。
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- **HAMMING**：汉明距离，适用于二进制向量。
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- **JACCARD**：杰卡德相似系数，适用于集合相似度计算。
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## MilvusMapper 功能
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`MilvusMapper` 是一个用于操作 Milvus 数据库的通用接口，提供了一系列的数据操作方法，包括查询、删除、更新和插入。以下是对 `MilvusMapper` 及其相关类的功能描述：
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### MilvusMapper<T>
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`MilvusMapper` 是一个泛型抽象类，继承自 `BaseMilvusMapper`，提供了与 Milvus 客户端交互的基本方法。
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- **获取 Milvus 客户端**: `getClient()` - 返回 `MilvusClientV2` 实例。
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### BaseMilvusMapper<T>
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`BaseMilvusMapper` 是一个抽象类，定义了与 Milvus 数据库交互的基础操作。
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- **创建搜索构建器实例**: `queryWrapper()` - 创建 `LambdaQueryWrapper` 实例。
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- **创建删除构建器实例**: `deleteWrapper()` - 创建 `LambdaDeleteWrapper` 实例。
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- **创建更新构建器实例**: `updateWrapper()` - 创建 `LambdaUpdateWrapper` 实例。
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- **创建新增构建器实例**: `insertWrapper()` - 创建 `LambdaInsertWrapper` 实例。
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#### 数据操作
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- 通过 ID 获取数据`getById(Serializable ... ids)`
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`功能`：根据提供的ID列表查询数据。
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`参数`：`ids` - 一个可序列化的ID列表。
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`返回`：`MilvusResp<List<MilvusResult<T>>>` - 包含查询结果的响应。
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- 删除数据`removeById(Serializable ... ids)`
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`功能`：根据提供的ID列表删除数据。
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`参数`：`ids` - 一个可序列化的ID列表。
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`返回`：`MilvusResp<DeleteResp>` - 删除操作的响应。
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- 更新数据`updateById(T ... entity)`
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`功能`：根据提供的实体更新数据。
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`参数`：`entity` - 一个实体对象列表。
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`返回`：`MilvusResp<UpsertResp>` - 更新操作的响应。
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- 插入数据`insert(T ... entity)`
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`功能`：插入提供的实体到数据库。
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`参数`：`entity` - 一个实体对象列表。
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`返回`：`MilvusResp<InsertResp>` - 插入操作的响应。
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#### 构建器方法
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- **创建通用构建器实例**: `lambda(Wrapper<W, T> wrapper)` - 初始化并返回构建器实例。
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### LambdaQueryWrapper<T> 类功能文档
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`LambdaQueryWrapper<T>` 是一个用于构建和执行 Milvus 搜索查询的构建器类。它提供了一系列方法来设置查询参数，并最终执行查询。
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#### 构造函数
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- **LambdaQueryWrapper()**: 无参构造函数。
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- **LambdaQueryWrapper(String collectionName, MilvusClientV2 client, ConversionCache conversionCache, Class<T> entityType)**: 构造函数，初始化集合名称、Milvus 客户端、类型转换缓存和实体类型。
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#### 分区设置
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- **partition(String ... partitionName)**: 添加一个或多个分区名称到查询中。
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- **partition(FieldFunction<T,?>... partitionName)**: 根据提供的字段函数添加分区名称。
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#### 搜索参数设置
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- **searchParams(Map<String, Object> searchParams)**: 设置搜索参数。
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- 以下是 searchParams 支持的参数及其说明：
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- metric_type
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类型：String
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描述：指定搜索操作使用的度量类型。必须与索引向量字段时使用的度量类型一致。
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可选值：
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L2：欧几里得距离，适用于高维空间的向量搜索。
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IP：内积，适用于余弦相似度搜索。
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COSINE：余弦相似度，与内积相同，适用于测量向量间的夹角。
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示例：
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searchParams.put("metric_type", "L2");
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- radius
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类型：float
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描述：设置搜索操作的最小相似度阈值。当 metric_type 设置为 L2 时，此值应大于 range_filter；否则，应小于 range_filter。
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示例：
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searchParams.put("radius", 0.5f);
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- range_filter
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类型：float
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描述：限定搜索操作的相似度范围。当 metric_type 设置为 IP 或 COSINE 时，此值应大于 radius；否则，应小于 radius。
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示例：
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searchParams.put("range_filter", 0.3f);
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使用示例
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以下是一个使用 searchParams 的示例，展示如何构建搜索请求并设置特定的搜索参数：
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```java
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Map<String, Object> searchParams = new HashMap<>();
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searchParams.put("metric_type", "L2");
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searchParams.put("radius", 0.5f);
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searchParams.put("range_filter", 0.3f);
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```
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- **radius(Object radius)**: 设置搜索半径。
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- **rangeFilter(Object rangeFilter)**: 设置范围过滤器。
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- **metricType(Object metric_type)**: 设置度量类型。
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#### 结果设置
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- **outputFields(List<String> outputFields)**: 设置要返回的字段。
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- **roundDecimal(int roundDecimal)**: 设置返回的距离值的小数位数。
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#### 查询条件构建
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- **eq(String fieldName, Object value)**: 添加等于条件。
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- **ne(String fieldName, Object value)**: 添加不等于条件。
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- **gt(String fieldName, Object value)**: 添加大于条件。
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- **ge(String fieldName, Object value)**: 添加大于等于条件。
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- **lt(String fieldName, Object value)**: 添加小于条件。
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- **le(String fieldName, Object value)**: 添加小于等于条件。
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- **between(String fieldName, Object start, Object end)**: 添加范围条件。
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- **isNull(String fieldName)**: 添加空值检查条件。
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- **isNotNull(String fieldName)**: 添加非空值检查条件。
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- **in(String fieldName, List<?> values)**: 添加 IN 条件。
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- **like(String fieldName, String value)**: 添加 LIKE 条件。
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#### JSON 和数组操作
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- **jsonContains(String fieldName, Object value)**: 添加 JSON 包含条件。
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- **jsonContainsAll(String fieldName, List<?> values)**: 添加 JSON 包含所有值的条件。
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- **jsonContainsAny(String fieldName, List<?> values)**: 添加 JSON 包含任意值的条件。
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- **arrayContains(String fieldName, Object value)**: 添加数组包含条件。
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- **arrayContainsAll(String fieldName, List<?> values)**: 添加数组包含所有值的条件。
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- **arrayContainsAny(String fieldName, List<?> values)**: 添加数组包含任意值的条件。
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- **arrayLength(String fieldName, int length)**: 添加数组长度条件。
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#### 逻辑操作
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- **and(ConditionBuilder<T> other)**: 添加 AND 条件。
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- **or(ConditionBuilder<T> other)**: 添加 OR 条件。
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- **not()**: 添加 NOT 条件。
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#### 向量搜索设置
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- **annsField(String annsField)**: 设置要搜索的向量字段。
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- **vector(List<?> vector)**: 添加要搜索的向量。
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- **vector(String annsField, List<?> vector)**: 设置向量字段并添加要搜索的向量。
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- **topK(Integer topK)**: 设置返回的 top-k 结果。
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- **limit(Long limit)**: 设置查询结果的数量限制。
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#### 执行查询
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- **query()**: 构建并执行搜索请求，返回封装的 `MilvusResp` 对象，其中包含查询结果。
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- **query(FieldFunction<T,?> ... outputFields)**: 设置输出字段并执行查询。
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- **query(String ... outputFields)**: 设置输出字段并执行查询。
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- **getById(Serializable ... ids)**: 通过 ID 获取数据。
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#### 辅助方法
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- **buildSearch()**: 构建完整的搜索请求对象。
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- **buildQuery()**: 构建查询请求对象。
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`LambdaQueryWrapper<T>` 类提供了丰富的方法来构建复杂的搜索查询，支持各种条件、逻辑操作、JSON 和数组操作，以及向量搜索。通过链式调用这些方法，用户可以灵活地构造搜索请求并获取所需的查询结果。
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### LambdaDeleteWrapper<T>
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`LambdaDeleteWrapper` 是一个构建器类，用于构建和执行删除操作。
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- **添加分区**: `partition(String partitionName)`
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- **添加等于条件**: `eq(String fieldName, Object value)`
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- **添加不等于条件**: `ne(String fieldName, Object value)`
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- **添加 ID 到删除列表**: `id(Object id)`
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#### 执行删除
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- **执行删除**: `remove()` - 构建并执行删除请求。
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- **通过 ID 删除**: `removeById(Serializable ... ids)`
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### LambdaUpdateWrapper<T>
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`LambdaUpdateWrapper` 是一个构建器类，用于构建和执行更新操作。
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- **添加分区**: `partition(String partitionName)`
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- **设置更新条件**: 与 `LambdaDeleteWrapper` 相同
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#### 执行更新
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- **更新数据**: `update(T t)` - 构建并执行更新请求。
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- **通过 ID 更新**: `updateById(T ... t)`
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### LambdaInsertWrapper<T>
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`LambdaInsertWrapper` 是一个构建器类，用于构建和执行插入操作。
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- **添加分区**: `partition(String partitionName)`
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- **添加字段值**: `put(String fieldName, Object value)`
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#### 执行插入
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- **插入数据**: `insert()` - 构建并执行插入请求。
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- **插入多个数据**: `insert(T ... t)`
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## MilvusService 功能
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`MilvusService` 是一个综合性服务，提供对 Milvus 数据库的全面管理，它实现了多个接口：`IAMService`（身份访问管理服务）、`ICMService`（集合管理服务）和 `IVecMService`（向量管理服务）。
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### 身份访问管理 (IAMService)
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`IAMService` 接口提供用户和角色的创建、删除、查询以及权限的授予和撤销等功能。
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- **创建角色**: `createRole(String roleName)`
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- **创建用户**: `createUser(String userName, String password)`
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- **查询角色权限**: `describeRole(String roleName)`
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- **查询用户信息**: `describeUser(String userName)`
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- **删除角色**: `dropRole(String roleName)`
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- **删除用户**: `dropUser(String userName)`
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- **授予角色权限**: `grantPrivilege(String roleName, String objectType, String privilege, String objectName)`
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- **授予用户角色**: `grantRole(String roleName, String userName)`
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- **列出所有角色**: `listRoles()`
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- **列出所有用户**: `listUsers()`
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- **撤销角色权限**: `revokePrivilege(String roleName, String objectType, String privilege, String objectName, String databaseName)`
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- **撤销用户角色**: `revokeRole(String roleName, String userName)`
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- **更新用户密码**: `updatePassword(String userName, String password, String newPassword)`
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### 集合管理 (ICMService)
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`ICMService` 接口提供集合的创建、删除、查询、重命名、索引创建和管理等功能。
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- **创建集合**: `createCollection(MilvusEntity milvusEntity)`
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- **添加字段**: `addField(String collectionName, AddFieldReq ... addFieldReq)`
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- **获取字段**: `getField(String collectionName, String fieldName)`
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- **获取集合详细信息**: `describeCollection(String collectionName)`
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- **删除集合**: `dropCollection(String collectionName)`
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- **检查集合是否存在**: `hasCollection(String collectionName)`
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- **获取集合统计信息**: `getCollectionStats(String collectionName)`
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- **重命名集合**: `renameCollection(String oldCollectionName, String newCollectionName)`
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- **为集合创建索引**: `createIndex(String collectionName, List<IndexParam> indexParams)`
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- **获取集合索引信息**: `describeIndex(String collectionName, String fieldName)`
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- **删除集合索引**: `dropIndex(String collectionName, String fieldName)`
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- **获取集合或分区的加载状态**: `getLoadState(String collectionName, String partitionName)`
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- **加载集合数据到内存**: `loadCollection(String collectionName)`
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- **从内存中释放集合数据**: `releaseCollection(String collectionName)`
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- **创建集合分区**: `createPartition(String collectionName, String partitionName)`
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- **删除集合分区**: `dropPartition(String collectionName, String partitionName)`
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- **检查分区是否存在**: `hasPartition(String collectionName, String partitionName)`
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- **列出集合中的所有分区**: `listPartitions(String collectionName)`
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- **加载集合分区到内存**: `loadPartitions(String collectionName, List<String> partitionNames)`
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- **从内存中释放集合分区**: `releasePartitions(String collectionName, List<String> partitionNames)`
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### 向量管理 (IVecMService)
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`IVecMService` 接口提供向量的插入、更新、查询、删除以及相似性搜索等功能。
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- **删除实体**: `delete(String collectionName, String partitionName, String filter, List<Object> ids)`
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- **根据ID获取实体**: `get(String collectionName, String partitionName, List<Object> ids, List<String> outputFields)`
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- **插入数据**: `insert(String collectionName, List<JSONObject> data, String partitionName)`
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||
- **根据标量过滤条件查询**: `query(String collectionName, List<String> partitionNames, List<String> outputFields, List<Object> ids, String filter, ConsistencyLevel consistencyLevel, long offset, long limit)`
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||
- **执行向量相似性搜索**: `search(String collectionName, List<String> partitionNames, String annsField, int topK, String filter, List<String> outputFields, List<Object> data, long offset, long limit, int roundDecimal, Map<String, Object> searchParams, long guaranteeTimestamp, long gracefulTime, ConsistencyLevel consistencyLevel, boolean ignoreGrowing)`
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- **插入或更新数据**: `upsert(String collectionName, String partitionName, List<JSONObject> data)`
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### 公共方法
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除了上述功能，`MilvusService` 还提供了一个公共方法来获取 `MilvusClientV2` 实例：
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- **获取 Milvus 客户端**: `getClient()
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## 使用案例
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以下是使用 MilvusPlus 进行向量搜索的示例：
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```
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@Data
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@MilvusCollection(name = "face_collection") // 指定Milvus集合的名称
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public class Face {
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@MilvusField(
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name = "person_id", // 字段名称
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dataType = DataType.Int64, // 数据类型为64位整数
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isPrimaryKey = true, // 标记为主键
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)
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private Long personId; // 人员的唯一标识符
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@MilvusField(
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name = "face_vector", // 字段名称
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dataType = DataType.FloatVector, // 数据类型为浮点型向量
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dimension = 128, // 向量维度，假设人脸特征向量的维度是128
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)
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@MilvusIndex(
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indexType = IndexParam.IndexType.IVF_FLAT, // 使用IVF_FLAT索引类型
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metricType = IndexParam.MetricType.L2, // 使用L2距离度量类型
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indexName = "face_index", // 索引名称
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extraParams = { // 指定额外的索引参数
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@ExtraParam(key = "nlist", value = "100") // 例如，IVF的nlist参数
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}
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)
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private List<Float> faceVector; // 存储人脸特征的向量
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}
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@Component
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public class FaceMilvusMapper extends MilvusMapper<Face> {
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}
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@Component
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@Slf4j
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public class ApplicationRunnerTest implements ApplicationRunner {
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private final FaceMilvusMapper mapper;
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public ApplicationRunnerTest(FaceMilvusMapper mapper) {
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this.mapper = mapper;
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}
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@Override
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public void run(ApplicationArguments args){
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Face face=new Face();
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List<Float> vector = new ArrayList<>();
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for (int i = 0; i < 128; i++) {
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vector.add((float) (Math.random() * 100)); // 这里仅作为示例使用随机数
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}
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face.setPersonId(1l);
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face.setFaceVector(vector);
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//新增
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List<Face> faces=new ArrayList<>();
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for (int i = 1; i < 10 ;i++){
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Face face1=new Face();
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face1.setPersonId(Long.valueOf(i));
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List<Float> vector1 = new ArrayList<>();
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for (int j = 0; j < 128; j++) {
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vector1.add((float) (Math.random() * 100)); // 这里仅作为示例使用随机数
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}
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face1.setFaceVector(vector1);
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faces.add(face1);
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}
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MilvusResp<InsertResp> insert = mapper.insert(faces.toArray(faces.toArray(new Face[0]))); log.info("insert--{}", JSONObject.toJSONString(insert));
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//id查询
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MilvusResp<List<MilvusResult<Face>>> query = mapper.getById(9l);
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log.info("query--getById---{}", JSONObject.toJSONString(query));
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//向量查询
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MilvusResp<List<MilvusResult<Face>>> query1 = mapper.queryWrapper()
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.vector(Face::getFaceVector, vector)
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.ne(Face::getPersonId, 1L)
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.topK(3)
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.query();
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log.info("向量查询 query--queryWrapper---{}", JSONObject.toJSONString(query1));
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//标量查询
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MilvusResp<List<MilvusResult<Face>>> query2 = mapper.queryWrapper()
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.eq(Face::getPersonId, 2L)
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.limit(3)
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.query();
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log.info("标量查询 query--queryWrapper---{}", JSONObject.toJSONString(query2));
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//更新
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vector.clear();
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for (int i = 0; i < 128; i++) {
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vector.add((float) (Math.random() * 100)); // 这里仅作为示例使用随机数
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}
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MilvusResp<UpsertResp> update = mapper.updateById(face);log.info("update--{}", JSONObject.toJSONString(update));
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//id查询
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MilvusResp<List<MilvusResult<Face>>> query3 = mapper.getById(1L);log.info("query--getById---{}", JSONObject.toJSONString(query3));
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//删除
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MilvusResp<DeleteResp> remove = mapper.removeById(1L);log.info("remove--{}", JSONObject.toJSONString(remove));
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//查询
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MilvusResp<List<MilvusResult<Face>>> query4 = mapper.getById(1L);log.info("query--{}", JSONObject.toJSONString(query4));
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}
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}
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## 联系
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如有问题或需要支持，请联系(备注 milvusplus)
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