Jena API使用详解（关注将本体持久化到MySQL后的操作及解决中文乱码等问题）

关于Jena的简介在很多博客中都能看到，例如对Jena的简单理解和一个例子，使用Jena将本体存入MySQL，Jena进阶等。在入门的时候，看这些文章总是很疑惑，对于存入数据库后的操作一无所知。因此，在做项目之余，把使用到的一些方法记录下来，以供将来查阅。

将本体持久化到数据库

首先，还是不能免俗，说说如何将本体持久化到数据库的方法。总体的操作流程是将本体从owl文件中读出，建立一个数据库的连接，将Model存入数据库。这个过程的操作比较简单，见如下代码。其中需要注意的一点是：在这里的url设置是不正确的，这样设置的结果将导致中文乱码，正确的设置方法参见本文最后提到的问题解决方案。

private final static String driver = "com.mysql.jdbc.Driver";
private final static String url = "jdbc:mysql://localhost/dbname";
private final static String db = "MySQL";
private final static String user = "your user name";
private final static String pwd = "your password";
/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
try {
IDBConnection con = getConnection(url, user, pwd, db);

Class.forName(driver);

String path = "your owl file path";
createModel(con, "model name", path);

con.close();
} catch (SQLException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
}

/**
* get db connection
*
* @param dbUrl
* @param dbUser
* @param dbPwd
* @param dbName
* @return
*/
public static DBConnection getConnection(String dbUrl, String dbUser,
String dbPwd, String dbName) {
return new DBConnection(dbUrl, dbUser, dbPwd, dbName);
}

/**
* read owl file, create the ontModel, and store in db
*
* @param conn
* @param name
* @param filePath
* @return
*/
public static OntModel createModel(IDBConnection conn, String name,
String filePath) {
ModelMaker maker = ModelFactory.createModelRDBMaker(conn);
Model model = maker.createModel(name);

try {
File file = new File(filePath);
FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis, "UTF-8");
model.read(isr, null);

isr.close();
fis.close();

model.commit();
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (UnsupportedEncodingException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}

OntModelSpec spec = new OntModelSpec(OntModelSpec.OWL_MEM);
return ModelFactory.createOntologyModel(spec, model);
}

执行了上面的代码，会发现在MySQL数据库中可以看见生成的七张表。



每张表存放的内容可以简单了解一下。主要关注的表是jena_g1t1_stmt，其存放了本体的数据，本体以三元组的形式存放在此表中。其中陈述表是指下表中的前两个表。

表名	存储
jena_g1t1_stmt	本体数据
jena_g1t0_reif	经过处理的本体数据
jena_sys_stmt	系统元数据
jena_graph	每一个用户图的名字和唯一标志符
jena_long_lit	陈述表中不便于直接存储的长字符常量
jena_long_uri	陈述表中不便于直接存储的长URI
jena_prefix	URI的前缀

此时，完成了将本体的持久化，接下来想要对本体进行一些操作该怎么办？

将本体从数据库中读取成OntModel

对本体进一步的操作，需要完成的第一步工作是将本体以OntModel的形式从数据库中读出来。这一步的操作见下述代码。

private final static String driver = "com.mysql.jdbc.Driver";
private final static String url = "jdbc:mysql://localhost/dbname";
private final static String db = "MySQL";
private final static String user = "your user name";
private final static String pwd = "your password";

/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
try {
IDBConnection con = getConnection(url, user, pwd, db);

Class.forName(driver);

OntModel model = getModelFromDB(con,"test");
printModel(model);

con.close();
} catch (SQLException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
}

/**
* get db connection
*
* @param dbUrl
* @param dbUser
* @param dbPwd
* @param dbName
* @return
*/
public static DBConnection getConnection(String dbUrl, String dbUser,
String dbPwd, String dbName) {
return new DBConnection(dbUrl, dbUser, dbPwd, dbName);
}

/**
* get OntModel from db
*
* @param con
* @param name
* @return
*/
public static OntModel getModelFromDB(IDBConnection con, String name) {
ModelMaker maker = ModelFactory.createModelRDBMaker(con);
Model model = maker.getModel(name);
OntModel newmodel = ModelFactory.createOntologyModel(
getModelSpec(maker), model);
return newmodel;
}

/**
* get model spec
*
* @param maker
* @return
*/
public static OntModelSpec getModelSpec(ModelMaker maker) {
OntModelSpec spec = new OntModelSpec(OntModelSpec.OWL_MEM);
spec.setImportModelMaker(maker);
return spec;
}

/**
* print model
*
* @param model
*/
public static void printModel(OntModel model) {
for (Iterator<OntClass> i = model.listClasses(); i.hasNext();) {
OntClass oc = i.next();
System.out.println(oc.getLocalName());
}
}

进行此步操作时，会遇到一个推理机的设置问题。这个问题稍后进行一个详细的解释。

执行了将本体从数据库读出的操作，可以打印出本体中的所有类，直观看到本体的类。获得了OntModel，可以进行其他很多的操作，如读取本体中所有的类、属性及实例，读取本体类与类的关系，给本体增加实例等等。

读取本体的所有类及类的属性

使用listDeclaredProperty方法打印出的类的属性，这样打印属性在一般情况下是没有问题的。但是如果一个属性的定义域是一个集合（Collection）的时候，不管是打印集合中的哪个类都找不到该属性。当时看了这篇博文，以为成功了，但是在获取Model的时候设置推理机为OWL_MEM_MICRO_RULE_INF，虽然可以找到属于集合的属性，但是同时会找到一些我们所不需要的属性，如自带的某些属性OntProperty等等。

/**
* get all classes and properties
*
* @param model
*/
public static void getClasses(OntModel model) {
for (ExtendedIterator<OntClass> ei = model.listClasses(); ei.hasNext();) {
OntClass oc = ei.next();
System.out.println(oc.getLocalName());
for (ExtendedIterator<OntProperty> eip = oc
.listDeclaredProperties(); eip.hasNext();) {
OntProperty op = eip.next();
System.out.println(op.getLocalName());
}
}
}

读取一个类的所有实例

读取实例，可以用OntClass的listInstances()方法和OntModel的listIndividuals()方法。前者获取的是一个类的所有实例，后者获取的是整个本体中的实例。

/**
* get a individual
*
* @param model
* @param prefix
*/
public static void getIndivProperties(OntModel model, String prefix) {
OntClass w = model.getOntClass(prefix + "Writing");
for (ExtendedIterator<?> i = w.listInstances(); i.hasNext();) {
Individual individual = (Individual) i.next();
System.out.println(individual.getLocalName());
for (StmtIterator si = individual.listProperties(); si.hasNext();) {
StatementImpl sti = (StatementImpl) si.next();
System.out.println(sti.getSubject().getLocalName() + "--"
+ sti.getPredicate().getLocalName() + "--"
+ sti.getObject());
}
}
}

获取两个类的关系

获取两个类的关系时，使用了sparql语言查询。Jena API本身不提供直接的方法以获取两个类的关系。在使用MAC的时候遇到了一个问题，然而在Linux下不出现该情况。此问题为：在使用sparql语言查询时，会自动打开一个java的进程，在执行完操作后会自动关闭该进程。但我使用了Java的Play框架，就会出现这个java进程始终运行的情况，原因未知，具体情况和截图可以看这里。

/**
* Get relation (ObjectPropery) between two classes
*
* @param classname1
* @param classname2
* @return relationValue
*/
public static String getRelation(OntModel model, String classname1,
String classname2) {
// Get prefixes
String defaultPrefix = model.getNsPrefixURI("");
String rdfsPrefix = model.getNsPrefixURI("rdfs");
String owlPrefix = model.getNsPrefixURI("owl");

// Create a new query
String queryString = "PREFIX default: <" + defaultPrefix + ">\n"
+ "PREFIX rdfs: <" + rdfsPrefix + ">\n" + "PREFIX owl: <"
+ owlPrefix + ">\n" + "SELECT ?relation\n"
+ "WHERE { ?relation rdfs:domain default:" + classname1
+ ".?relation rdfs:range default:" + classname2 + "}";

// Create the query
Query query = QueryFactory.create(queryString);
// Execute the query and obtain results
QueryExecution qe = QueryExecutionFactory.create(query, model);
ResultSet results = qe.execSelect();

// Get property value
String relationValue;
if (results.hasNext()) {
QuerySolution result = results.nextSolution();
relationValue = result.get("relation").toString()
.substring(defaultPrefix.length());
} else {
relationValue = null;
}

// Important - free up resources used running the query
qe.close();
return relationValue;
}

创建一个实例

/**
* create a individual
*
* @param model
* @param prefix
*/
public static void createIndiv(OntModel model, String prefix) {
OntClass oc = model.getOntClass("classname");
Individual individual = oc.createIndividual("individualname");
OntProperty op = model.getOntProperty(prefix + "propertyname");
individual.addProperty(op, "propertyvalue");
}

诸如此类的代码片段还有很多，在实际使用的时候，详细的内容可以查阅Jena的API文档，找到所需要的方法。不过在使用Jena API的时候，需要考虑效率问题。

OntClass oc = model.getOntClass("classname");

这行代码的效率出奇的差，如果能有其他方法根据类名获取一个类的方法，希望告知。

接下来说两个遇到的问题。

中文乱码问题

一是在使用Jena API将本体持久化到数据库时出现的中文乱码的问题。
注意OWL文件的编码和在从文件读取时设置”UTF8“。
还有最重要的一点是在写数据库的URL时应该写成：

jdbc:mysql://localhost/dbname?useUnicode=true&characterEncoding=utf8

推理机设置问题

二是在查询类的属性时，需要使用Jena的推理机，否则使用listDeclaredProperties方法直接打印只能找到一个类的独有属性，而无法找到属于多个类的公有属性。

/**
* get model spec
*
* @param maker
* @return
*/
public static OntModelSpec getModelSpec(ModelMaker maker) {
OntModelSpec spec = new OntModelSpec(
OntModelSpec.OWL_MEM_MICRO_RULE_INF);
spec.setImportModelMaker(maker);
return spec;
}

但是这样做还是会遇到新的问题，可参见这里。

设置成OWL_MEM_MICRO_RULE_INF可以获取到一个类的所有属性，但在获取类的时候除了我们定义的类，还会得到系统的一些类。这个问题暂时不知道如何解决。

在Jena的使用方面，我还是一个新手，刚接触了一段时间，很多问题的理解还很不全面，如有错漏，请指出。