【Elasticsearch 技术分享】—— 十张图带大家看懂 ES 原理 ！明白为什么说：ES 是准实时的！
前言
说到 Elasticsearch ，其中最明显的一个特点就是 near real-time 准实时 —— 当文档存储在Elasticsearch中时，将在1秒内以几乎实时的方式对其进行索引和完全搜索。那为什么说 ES 是准实时的呢？
Lucene 和 ES
Lucene
Lucene 是 Elasticsearch所基于的 Java 库，它引入了按段搜索的概念。
Segment： 也叫段，类似于倒排索引，相当于一个数据集。
Commit point：提交点，记录着所有已知的段。
Lucene index： “a collection of segments plus a commit point”。由一堆 Segment 的集合加上一个提交点组成。
对于一个 Lucene index 的组成，如下图所示。
Elasticsearch
一个 Elasticsearch Index 由一个或者多个 shard （分片） 组成。
而 Lucene 中的 Lucene index 相当于 ES 的一个 shard。
写入过程
写入过程 1.0 （不完善）
- 不断将 Document 写入到 In-memory buffer （内存缓冲区）。
- 当满足一定条件后内存缓冲区中的 Documents 刷新到磁盘。
- 生成新的 segment 以及一个 Commit point 提交点。
- 这个 segment 就可以像其他 segment 一样被读取了。
画图如下：
将文件刷新到磁盘是非常耗费资源的，而且在内存缓冲区和磁盘中间存在一个高速缓存（cache），一旦文件进入到 cache 就可以像磁盘上的 segment 一样被读取了。
写入过程 2.0
- 不断将 Document 写入到 In-memory buffer （内存缓冲区）。
- 当满足一定条件后内存缓冲区中的 Documents 刷新到 高速缓存（cache）。
- 生成新的 segment ，这个 segment 还在 cache 中。
- 这时候还没有 commit ，但是已经可以被读取了。
画图如下：
数据从 buffer 到 cache 的过程是定期每秒刷新一次。所以新写入的 Document 最慢 1 秒就可以在 cache 中被搜索到。
而 Document 从 buffer 到 cache 的过程叫做 ?refresh 。一般是 1 秒刷新一次，不需要进行额外修改。当然，如果有修改的需要，可以参考文末的相关资料。这也就是为什么说 Elasticsearch 是准实时的。
使文档立即可见：
PUT /test/_doc/1?refresh
{"test": "test"}
// 或者
PUT /test/_doc/2?refresh=true
{"test": "test"}
Translog 事务日志
此处可以联想 Mysql 的 binlog， ES 中也存在一个 translog 用来失败恢复。
- Document 不断写入到 In-memory buffer，此时也会追加 translog。
- 当 buffer 中的数据每秒 refresh 到 cache 中时，translog 并没有进入到刷新到磁盘，是持续追加的。
- translog 每隔 5s 会 fsync 到磁盘。
- translog 会继续累加变得越来越大，当 translog 大到一定程度或者每隔一段时间，会执行 flush。
flush 操作会分为以下几步执行：
- buffer 被清空。
- 记录 commit point。
- cache 内的 segment 被 fsync 刷新到磁盘。
- translog 被删除。
- translog 每 5s 刷新一次磁盘，所以故障重启，可能会丢失 5s 的数据。
- translog 执行 flush 操作，默认 30 分钟一次，或者 translog 太大 也会执行。
手动执行flush：
POST /my-index-000001/_flush
删除和更新
segment 不可改变，所以 docment 并不能从之前的 segment 中移除或更新。
所以每次 commit， 生成 commit point 时，会有一个 .del 文件，里面会列出被删除的 document（逻辑删除）。
而查询时，获取到的结果在返回前会经过 .del 过滤。
更新时，也会标记旧的 docment 被删除，写入到 .del 文件，同时会写入一个新的文件。此时查询会查询到两个版本的数据，但在返回前会被移除掉一个。
segment 合并
每 1s 执行一次 refresh 都会将内存中的数据创建一个 segment。
segment 数目太多会带来较大的麻烦。 每一个 segment 都会消耗文件句柄、内存和cpu运行周期。更重要的是，每个搜索请求都必须轮流检查每个 segment ；所以 segment 越多，搜索也就越慢。
在 ES 后台会有一个线程进行 segment 合并。
- refresh操作会创建新的 segment 并打开以供搜索使用。
- 合并进程选择一小部分大小相似的 segment，并且在后台将它们合并到更大的 segment 中。这并不会中断索引和搜索。
- 当合并结束，老的 segment 被删除 说明合并完成时的活动：
- 新的 segment 被刷新（flush）到了磁盘。 写入一个包含新 segment 且排除旧的和较小的 segment的新 commit point。
- 新的 segment 被打开用来搜索。
- 老的 segment 被删除。
物理删除：
在 segment merge 这块，那些被逻辑删除的 document 才会被真正的物理删除。
总结
主要介绍了内部写入和删除的过程，需要了解 refresh、fsync、flush、.del、segment merge 等名词的具体含义。
完整画图如下：
以上就是个人分享的 ES 相关的内容，主要目的是组内技术分享，进行扫盲。不对之处，希望大家留言指正。
