导入本体到Jena TDB数据库

本体的存储方法或称本体持久化，大致分为基于内存的方式、基于文件的方式、基于数据库的方式和专门的管理工具方式4种(傅柱等, 2013)。其中，基于数据库的方式又有基于关系数据库、基于面向对象数据库、基于Native XML数据库和基于NoSQL的三元组数据库（Triple Store）4种主要方式。基于数据库的本体持久化方式充分利用了数据库的安全可靠（数据保密、数据完整性、并发控制、故障恢复等）、高效、易于管理并易于与应用系统集成等优点，是主要的本体持久化方式。

在本体中，数据被表示为一系列由主语（subject）、谓词（predicate）和宾语（object）组成的陈述（statement），即三元组（triple）的集合。基于关系数据库的本体持久化使用二维表对本体的三元组进行处理，不可避免地需要对本体中的复杂关系进行不自然的分解，而查询时又需要将基于图的查询转换为关系查询(傅柱等, 2013) ，需要进行大量的关联、连接操作，因而，现有基于关系数据库的本体存储方法都存在大规模存储、更新、修改和查询效率低、数据库操作代价大等问题(李勇和李跃龙, 2008)。因此，效率、性能更优越的专门或扩展了RDF存储、查询甚至推理能力的非关系型三元组数据库（Triple Store，或称图数据库），如GraphDB (OWLIM) [1]、Virtuoso Universal Server[2]、AllegroGraph[3]、Jena TDB（Triple DB）等(Rohloff et al., 2007)目前已逐渐成为本体存储主流工具。本文采用基于Jena TDB的方式。

　　TDB存储的本体数据集由node表、Triple和Quad索引、prefixes表组成，存放在指定的文件系统目录下。TDB采用B+树维护三种基本形式的Triple索引：SPO、POS和OSP（S、P、O分别代表Subject、Predicate和Object）。若存在命名图（Named Graph），则同时维护相应的Quad索引（G表示Graph）：GOSP、SPOG、GSPO、OSPG、GPOS和POSG。

如上图所示，本体应用程序首先通过URI（Uniform Resource Identifier）地址映射文件实现本体URI与其对应的本体模块文件存放的文件系统地址的映射，然后使用自定义的Java类TDBPortal通过程序或配置文件读取各本体模块文件持久化到TDB。TDB中数据可通过TDBPortal实现增删改查操作，和进一步应用于本体查询与推理等操作；或作为SPARQL（SPARQL Protocol and RDF Query Language）服务器Jena Fuseki的数据源，对外提供基于HTTP的SPARQL查询服务。

下面介绍TDBPortal

  package cn.geodata.ont.tdb;

  import java.util.ArrayList;
  import java.util.Iterator;
  import java.util.List;

  import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
  import org.apache.jena.riot.RDFDataMgr;
  import org.slf4j.Logger;
  import org.slf4j.LoggerFactory;

  import cn.geodata.ont.file.OntFile;

  import com.hp.hpl.jena.ontology.OntModel;
  import com.hp.hpl.jena.query.Dataset;
  import com.hp.hpl.jena.query.ReadWrite;
  import com.hp.hpl.jena.rdf.model.Model;
  import com.hp.hpl.jena.rdf.model.ModelFactory;
  import com.hp.hpl.jena.tdb.TDBFactory;
  import com.hp.hpl.jena.tdb.base.file.Location;

  /**
   * @TODO TDB CRUD操作，包含事务
   * @author Zhiwei HOU
   * @date 2015年12月2日
   */
  public class TDBPortal
  {
      final static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(TDBPortal.class);

      // 必须close
      Dataset ds = null;

      /**
       * 连接TDB
       *
       * @param tdbPath TDB目录或配置文件tdb-assembler.ttl路径. tdbPath可以通过配置文件进行设置
       * @param useAssemblerFile 是否使用配置文件连接
       */
      public TDBPortal(String tdbPath, boolean useAssemblerFile)
      {
          if (!useAssemblerFile)
          {
              Location location = Location.create(tdbPath);
              ds = TDBFactory.createDataset(location);
          }
          else
              ds = TDBFactory.assembleDataset(tdbPath);
      }

      public TDBPortal(String tdbPath)
      {
          Location location = Location.create(tdbPath);
          ds = TDBFactory.createDataset(location);
      }

      /**
      * 往模型中添加内容。不载入引用本体
      *
      * @param modelUri 本体的uri
      * @param sourcePath  本体文件实际地址
      * @param override 是否覆盖
      * @return
      * @Houzw at 2016年4月1日下午11:36:13
      */
      public int loadModel(String modelUri, String sourcePath, Boolean isOverride)
      {
          Model model = null;
          ds.begin(ReadWrite.WRITE);
          try
          {
              if (ds.containsNamedModel(modelUri))
              {
                  if (isOverride)// 覆盖
                  {
                      removeModel(modelUri);//只是移除地址，实际数据不会移除
                      loadModel(modelUri, sourcePath, false);
                  }
              }
              else
              {
                  model = ds.getNamedModel(modelUri);// 没有则创建一个，model不会为null
                  model.begin();
                  RDFDataMgr.read(model, sourcePath);
                  model.commit();
              }
              // 已有，但是不覆盖，则直接返回
              ds.commit();
              logger.info("本体模型数据已经导入");
              return 1;
          }
          catch (Exception e)
          {
              return 0;
          }
          finally
          {
              if (model != null)
                  model.close();
              ds.end();
          }
      }

      /**
      * 导入本体。OntModel不支持事务。同时载入引用本体
      *
      * @param modelUri 模型uri
      * @param sourcePath 本体文件（集成文件）地址
      * @param override 是否覆盖
      * @return
      * @Houzw at 2016年4月1日下午11:36:09
      */
      public int loadOntModel(String modelUri, String sourcePath, Boolean isOverride)
      {
          OntModel model = ModelFactory.createOntologyModel();// 不支持事务
          ds.begin(ReadWrite.WRITE);
          try
          {
              if (ds.containsNamedModel(modelUri))
              {
                  if (isOverride)// 覆盖
                  {
                      removeModel(modelUri);
                      loadOntModel(modelUri, sourcePath, false);
                  }
              }
              else
              {
                  model = OntFile.loadOntModelWithLocMapper(sourcePath);//导入本体文件
                  ds.addNamedModel(modelUri, model);

              }
              // 已有，但是不覆盖，则直接返回
              ds.commit();
              System.out.println(modelUri + " 已导入");
              logger.info(modelUri + " 已导入");
              return 1;
          }
          catch (Exception e)
          {
              System.out.println(e.getLocalizedMessage());
              logger.error(e.getLocalizedMessage());
              return 0;
          }
          finally
          {
              ds.end();
          }
      }

      public Model getDefaultModel()
      {
          ds.begin(ReadWrite.READ);
          Model model;
          try
          {
              model = ds.getDefaultModel();
              ds.commit();
          }
          finally
          {
              ds.end();
          }
          return model;
      }

      /**
       * 获取指定模型
       */
      public Model getModel(String modelUri)
      {
          Model model = null;
          ds.begin(ReadWrite.READ);
          try
          {
              model = ds.getNamedModel(modelUri);
          }
          finally
          {
              ds.end();
          }
          return model;
      }

      public void loadDefaultModel(String sourcePath)
      {
          Model model = null;
          ds.begin(ReadWrite.WRITE);
          try
          {
              model = ds.getDefaultModel();
              model.begin();
              if (!StringUtils.isBlank(sourcePath))
                  RDFDataMgr.read(model, sourcePath);
              model.commit();
              ds.commit();
          }
          finally
          {
              if (model != null)
                  model.close();
              ds.end();
          }
      }

      public void removeModel(String modelUri)
      {
          if (!ds.isInTransaction())
              ds.begin(ReadWrite.WRITE);
          try
          {
              ds.removeNamedModel(modelUri);
              ds.commit();
              System.out.println(modelUri + " 已被移除");
              logger.info(modelUri + " 已被移除");
          }
          finally
          {
              ds.end();
          }
      }

      /**
       * 列出所有模型的uri
       */
      public List<String> listModels()
      {
          ds.begin(ReadWrite.READ);
          List<String> uriList = new ArrayList<>();
          try
          {
              Iterator<String> names = ds.listNames();// DefaultModel没有name
              String name = null;
              while (names.hasNext())
              {
                  name = names.next();
                  uriList.add(name);
              }
          }
          finally
          {
              ds.end();
          }
          return uriList;
      }

      /**
       * 必须关闭TDB连接
       */

      public void close()
      {
          ds.close();
      }
  }

以上简单介绍了基于Jena TDB的本体存储。目前我对AssemblerFile配置文件的配置还没有深入的研究，了解的朋友可以告诉我，O(∩_∩)O谢谢

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补充：

TDB 也提供了命令行的方式导入本体数据，具体参考官方文档或参考http://blog.csdn.net/rk2900/article/details/38342181

水平有限，错误难免，多指教。TDB 的具体内容可查阅其官方文档

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[1] http://ontotext.com/products/graphdb/

[2] http://www.openlinksw.com/

[3] http://franz.com/