ElasticSearch概述

ElasticSearch 是一个分布式、高扩展、高实时的搜索与数据分析引擎，使用 Java 开发，基于 Lucene ，对 Lucene 封装，隐藏了 Lucene 的复杂性，取而代之的提供一套简单一致的 RESTful API。

基本概念

集群（cluster）

一个集群是由一个或多个节点组织在一起，它们共同持有你整个的数据，并一起提供索引和搜索功能。一个集群由一个唯一的名字标识，这个名字默认就是“elasticsearch”

节点（node）

一个节点是你集群中的一个ES实例，本质上一个节点就是一个java进程，一台服务器上是允许运行多个ES进程

###Master Node：主节点

一个集群只有一个master节点
master节点处理索引维护的请求、数据分片的分配、维护Cluster State , 控制整个集群的元数据。只有Master Node节点可以修改节点状态信息及元数据(metadata)的处理，比如索引的新增、删除、分片路由分配、所有索引和相关 Mapping 、Setting 配置等等。

从资源占用的角度来说：master节点不占用磁盘IO和CPU，内存使用量一般，没有data 节点高

###Master eligible nodes：合格主节点

合格节点，每个节点部署后不修改配置信息，默认就是一个 eligible 节点。有资格成为Master节点但暂时并不是Master的节点被称为 eligible 节点，该节点可以参加选主流程，成为Mastere节点.该节点只是与集群保持心跳，判断Master是否存活，如果Master故障则参加新一轮的Master选举。

从资源占用的角度来说：eligible节点比Master节点更节省资源，因为它还未成为 Master 节点，只是有资格成功Master节点

###Data Node：数据节点

数据节点，改节点用于建立文档索引， 接收 应用创建连接、接收索引请求，接收用户的搜索请求

数据节点真正存储数据，ES集群的性能取决于该节点的个数(每个节点最优配置的情况下)，
数据节点的分片执行查询语句获得查询结果后将结果反馈给Coordinating节点，在查询的过程中非常消耗硬件资源，如果在分片配置及优化没做好的情况下，进行一次查询非常缓慢(硬件配置也要跟上数据量)。

保存包含索引文档的分片数据，执行CRUD、搜索、聚合相关的操作, 属于：内存、CPU、IO密集型，对硬件资源要求高。

从资源占用的角度来说：数据节点会占用大量的CPU、IO和内存

###Coordinating Node：协调节点

协调节点，该节点专用与接收应用的查询连接、接受搜索请求，但其本身不负责存储数据

接受客户端搜索请求后将请求转发到与查询条件相关的多个data节点的分片上，然后多个data节点的分片执行查询语句或者查询结果再返回给协调节点，协调节点把各个data节点的返回结果进行整合、排序等一系列操作后再将最终结果返回给用户请求。

从资源占用的角度来说：协调节点，可当负责均衡节点，该节点不占用io、cpu和内存

###Ingest Node：提取节点

ingest 节点可以看作是数据前置处理转换的节点，支持 pipeline管道 设置，可以使用 ingest 对数据进行过滤、转换等操作，类似于 logstash 中 filter 的作用，功能相当强大。

Ingest节点处理时机——在数据被索引之前，通过预定义好的处理管道对数据进行预处理。默认情况下，所有节点都启用Ingest，因此任何节点都可以处理Ingest任务。

如：修改字段名、添加特定字段

索引（index）

一个索引就是一个拥有几分相似特征的文档的集合

一个索引由一个名字来标识（必须全部是小写字母的），并且当我们要对对应于这个索引中的文档进行索引、搜索、更新和删除的时候，都要使用到这个名字。索引类似于关系型数据库中Database的概念

每个索引都有自己的mapping，用于定义文档的字段和类型，每个索引所有自己的setting，用于定义分片数、副本数

PUT index1
{
  "settings" : {
      "number_of_shards": 2,     // 主分片
      "number_of_replicas" : 1   // 副本分片
  },
  "mappings" : {
      "properties": {
        "p1": {
          "type": "date"
        },
        "p2": {
          "type": "text"  // 未指定analyzer使用ES预设
        },
        "p3": {
          "type": "keyword"
        },
        "p4": {
          "analyzer": "ik_max_word", 
          "search_analyzer": "ik_max_word",
          "type": "text"
        }
      }
    }
  }
}

Mapping

mapping非常类似于语言中的数据类型：声明一个变量为int类型的变量， 以后这个变量都只能存储int类型的数据这样。
同语言的数据类型相比，mapping还有一些其他的含义，mapping不仅告诉ES一个field中是什么类型的值， 它还告诉ES如何索引数据以及数据是否能被搜索到

动态Mapping: 文档在写入时如果index不存在，会自动创建一个索引，动态mapping机制最大的好处是无需手动定义mapping，ES会根据文档信息自动进行类似的推算

数据类型

简单类型：text/keyword、date、integer、floating、Boolean、IPv4、IPv6
复杂类型：对象、嵌套Nested
特殊类型：geo_point、geo_shape、percolator
数组：ES中数组不是个数据类型，但任何字段都允许包含多个相同类型的数据

分片

代表索引分片，es可以把一个完整的索引分成多个分片，这样的好处是可以把一个大的索引拆分成多个，分布到不同的节点上，构成分布式搜索。

分片的数量只能在索引创建前指定，并且索引创建后不能更改

主分片：可以将⼀份索引的数据，分散在多个 Data Node 上，实现存储的⽔平扩展；主分⽚数在索引创建时候指定，后续默认不能修改，如要修改，需重建索引
副本分片：提⾼数据的可⽤性。⼀旦主分⽚丢失，副本分⽚可以提升成主分⽚。副本分⽚数可以动态调整。每个节点上都有完备的数据。⼀定程度可以提⾼读取的吞吐量

如何规划⼀个索引的主分⽚数和副本分⽚数
● 主分⽚数过⼩：如果该索引增⻓很快，集群⽆法通过增加节点实现对这个索引的数据扩展
● 主分⽚数设置过⼤：导致单个 Shard 容量很⼩，引发⼀个节点上有过多分⽚，影响性能
● 副本分⽚数设置过多，会降低集群整体的写⼊性能

文档会根据一些算法，均匀的分布在分片上；shard = hash(_routing) % number_of_primary_shards默认的_routing是文档Id，主分片数会参与路由计算，这也是为什么主分片数不能修改原因

类型（type）

在一个索引中，你可以定义一种或多种类型。一个类型是你的索引的一个逻辑上的分类/分区，其语义完全由你来定。类型类似于关系型数据库中Table的概念。这个概念在ES 7.0之后就没有了，彻底迎来无类型时代。即便是老版本，也是建议一个索引只含有一个文档，默认是“_doc”

文档（document）

一个文档是一个可被索引的基础信息单元。文档以JSON格式来表示，而JSON是一个到处存在的互联网数据交互格式。 在一个index/type里面，只要你想，你可以存储任意多的文档。文档类似于关系型数据库中Record的概念。
每个字段也有对应的字段类型，如：字符串、数值、布尔、日期、二进制、范围, 每个文档也有一个唯一ID，可以自己指定、也可以有ES自助生成

倒排索引

正排索引： 由文档-》关键字

倒排索引： 由关键词-》文档

倒排表

一个文档通常由多个词组成，倒排表记录的是某个词在哪些文档里出现过以及出现的位置

词条(Term)

Term是表达语义的最小单位，对于英文来说是一个单词，对于中文来说一般指分词后的一个词

词典

是词条 Term 的集合。搜索引擎的通常索引单位是单词，单词词典是由文档集合中出现过的所有单词构成的字符串集合，单词词典内每条索引项记载单词本身的一些信息以及指向“倒排列表”的指针

分词 Analysis

对文本进行分析，转换成一系列单词的过程；它是通过Analyzer来实现的，可以灵活的指定活按需定制分词器

分词器

分词器是es中的一个组件，通俗意义上理解，就是将一段文本按照一定的逻辑，分析成多个词语，同时对这些词语进行常规化的一种工具；ES会将text格式的字段按照分词器进行分词，并编排成倒排索引

插入文档时，将text类型的字段做分词然后插入倒排索引，此时就可能用到analyzer指定的分词器
在查询时，先对要查询的text类型的输入做分词，再去倒排索引搜索，此时就可能用到search_analyzer指定的分词器, 如果不指定这使用字段mapping 时指定的分析器

内置分词器
Standard	ES默认分词器，按单词分类并进行小写处理
Simple		按照非字母切分，然后去除非字母并进行小写处理
Stop		按照停用词过滤并进行小写处理，停用词包括the、a、is
Whitespace	按照空格切分
Language	据说提供了30多种常见语言的分词器
Patter		按照正则表达式进行分词，默认是\W+ ,代表非字母
Keyword		不进行分词，作为一个整体输出

POST /_analyze
{
"analyzer": "standard",
"text": "张三老铁学习java！"
}

搜索

搜索可以分为2大类，精确值（Exact Values）搜索与全文本（Full Text）搜索
精确值（Exact Values）包括结构化数据：数字、日期、一个字符串, ES中的keyword，不会进行分词处理
Full Text包括非结构化文本数据, ES中的text，会进行分词处理

精确值（Exact Values）搜索

GET /bank/_search
{
	"query": {
		"match": {
			"age": 33
		}
	}
}

全文本（Full Text）搜索

GET /bank/_search
{
  "query": {
    "fuzzy": {
        "firstname": "hol"
    }
  }
}

搜索的两阶段

一次搜索请求在两个阶段中执行（query 和 fetch），这两个阶段由接收客户端请求的节点 (协调节点)协调。

在请求query 阶段，协调节点将请求转发到保存数据的数据节点。每个数据节点在本地执行请求并将其结果返回给协调节点。
在收集fetch阶段，协调节点将每个数据节点的结果汇集为单个全局结果集。

### query 查询阶段

假定我们的ES集群有三个node，number_of_primary_shards为3，replica shard为1，我们执行一个这样的查询请求

Java客户端发起查询请求，接受请求的node-1成为Coordinate Node（协调者），该node会创建一个priority queue
Coordinate Node将请求分发到所有的primary shard或replica shard中，每个shard在本地创建一个同样大小的priority queue，长度也为from + size，用于存储该shard执行查询的结果。
每个shard将各自priority queue的元素返回给Coordinate Node，元素内只包含文档的ID和排序值，Coordinate Node将合并所有的元素到自己的priority queue中，并完成排序动作，最终根据from、size值对结果进行截取

哪个node接收客户端的请求，该node就会成为Coordinate Node。

Coordinate Node转发请求时，会根据负载均衡算法分配到同一分片的primary shard或replica shard上

### fetch取回阶段

在完成了查询阶段后，此时Coordinate Node已经得到查询的列表，但列表内的元素只有文档ID和_score信息，并无实际的_source内容，取回阶段就是根据文档ID，取到完整的文档对象的过程。

fetch取回阶段的过程示意图如下：
Coordinate Node根据from、size信息截取要取回文档的ID，如{“from”: 980, “size”: 20}，则取第981到第1000这20条数据，其余丢弃，from/size为空则默认取前10条，向其他shard发出mget请求。
shard接收到请求后，根据_source参数（可选）加载文档信息，返回给Coordinate Node。
一旦所有的shard都返回了结果，Coordinate Node将结果返回给客户端。

注意：
使用from和size进行分页时，传递信息给Coordinate Node的每个shard，都创建了一个from + size长度的队列，并且Coordinate Node需要对所有传过来的数据进行排序，工作量为number_of_shards * (from + size)，然后从里面挑出size数量的文档，如果from值特别大，那么会带来极大的硬件资源浪费，鉴于此原因，强烈建议不要使用深分页。

分页查询

### page+size

默认采用的分页方式
ES有个限制只接受一定数量的文档搜索，默认是10000

GET /student/student/_search
{
  "query":{
    "match_all": {}
  },
  "from":5000,
  "size":10
}

### 滚动查询

scroll搜索会在第一次搜索的时候，保存一个当时的视图快照，之后只会基于该旧的视图快照提供数据搜索，如果这个期间数据变更，是不会让用户看到的

一个滚屏搜索允许我们做一个初始阶段搜索并且持续批量从ES里拉取结果直到没有结果剩下。这有点像传统数据库里的cursors

#### ### 首次请求

点击查看代码

GET /student/student/_search?scroll=5m
{
  "query": {
    "match_all": {}
  },
  "size": 2
}

#### ### 返回

点击查看代码

{
  "_scroll_id" : "DnF1ZXJ5VGhlbkZldGNoBQAAAAAAAC0YFmllUjV1QTIyU25XMHBTck1XNHpFWUEAAAAAAAAtGRZpZVI1dUEyMlNuVzBwU3JNVzR6RVlBAAAAAAAALRsWaWVSNXVBMjJTblcwcFNyTVc0ekVZQQAAAAAAAC0aFmllUjV1QTIyU25XMHBTck1XNHpFWUEAAAAAAAAtHBZpZVI1dUEyMlNuVzBwU3JNVzR6RVlB",
  "took" : 0,
  "timed_out" : false,
  "_shards" : {
    "total" : 5,
    "successful" : 5,
    "skipped" : 0,
    "failed" : 0
  },
  "hits" : {
    "total" : 6,
    "max_score" : 1.0,
    "hits" : [
      {
        "_index" : "student",
        "_type" : "student",
        "_id" : "5",
        "_score" : 1.0,
        "_source" : {
          "name" : "fucheng",
          "age" : 23,
          "class" : "2-3"
        }
      },
      {
        "_index" : "student",
        "_type" : "student",
        "_id" : "2",
        "_score" : 1.0,
        "_source" : {
          "name" : "xiaoming",
          "age" : 25,
          "class" : "2-1"
        }
      }
    ]
  }
}

#### ### 第二次请求

点击查看代码

GET /_search/scroll
{
  "scroll":"5m",
  "scroll_id":"DnF1ZXJ5VGhlbkZldGNoBQAAAAAAAC0YFmllUjV1QTIyU25XMHBTck1XNHpFWUEAAAAAAAAtGRZpZVI1dUEyMlNuVzBwU3JNVzR6RVlBAAAAAAAALRsWaWVSNXVBMjJTblcwcFNyTVc0ekVZQQAAAAAAAC0aFmllUjV1QTIyU25XMHBTck1XNHpFWUEAAAAAAAAtHBZpZVI1dUEyMlNuVzBwU3JNVzR6RVlB"
}

### search_after

search_after 是一种假分页方式，根据上一页的最后一条数据来确定下一页的位置。

在分页请求的过程中，如果有索引数据的增删改查，这些变更也会实时的反映到游标上。

为了找到每一页最后一条数据，每个文档必须有一个全局唯一值，官方推荐使用 _uid 作为全局唯一值，但是只要能表示其唯一性就可以。

不支持指定页数和向前翻页

#### ### 首次请求

点击查看代码

GET /student/student/_search
{
  "query":{
    "match_all": {}
  },
  "size":2,
  "sort":[
    {
      "uid": "desc"
    }
  ]
}

#### ### 返回

点击查看代码

{
  "took" : 1,
  "timed_out" : false,
  "_shards" : {
    "total" : 5,
    "successful" : 5,
    "skipped" : 0,
    "failed" : 0
  },
  "hits" : {
    "total" : 6,
    "max_score" : null,
    "hits" : [
      {
        "_index" : "student",
        "_type" : "student",
        "_id" : "6",
        "_score" : null,
        "_source" : {
          "uid" : 1006,
          "name" : "dehua",
          "age" : 27
        },
        "sort" : [
          1006
        ]
      },
      {
        "_index" : "student",
        "_type" : "student",
        "_id" : "5",
        "_score" : null,
        "_source" : {
          "uid" : 1005,
          "name" : "fucheng",
          "age" : 23
        },
        "sort" : [
          1005
        ]
      }
    ]
  }
}

#### ### 第二次请求

点击查看代码

GET /student/student/_search
{
  "query":{
    "match_all": {}
  },
  "size":2,
  "search_after":[1005],
  "sort":[
    {
      "uid": "desc"
    }
  ]
}

分页方式比较

分页方式	性能	优点	缺点	场景
from + size	低	灵活性好，实现简单	深度分页问题	数据量比较小，能容忍深度分页问题
scroll	中	解决了深度分页问题	无法反应数据的实时性（快照版本）,维护成本高，需要维护一个 scroll_id	海量数据的导出（比如笔者刚遇到的将es中20w的数据导入到excel）,需要查询海量结果集的数据
search_after	高	性能最好	不存在深度分页问题,能够反映数据的实时变更,能够反映数据的实时变更,实现复杂，需要有一个全局唯一的字段,连续分页的实现会比较复杂，因为每一次查询都需要上次查询的结果	海量数据的分页

mysql可以通过索引进行较快的跳页查询
es的倒排索引在深分页时跳页很低效！！！
需要有分页需求时，一般只开放前几十页的结果，页数过大时直接在业务层面报错。若需要显示命中的总条数，则设置track_total_hits=true。

数据路由

当客户端发起创建document的时候，es需要确定这个document放在该index哪个shard上。这个过程就是数据路由。

路由算法：shard = hash(routing) % number_of_primary_shards

posted @ 2022-10-27 00:17 llggww 阅读(62) 评论(0) 编辑收藏举报

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ElasticSearch概述

基本概念

集群（cluster）

节点（node）

###Master Node：主节点

###Master eligible nodes：合格主节点

###Data Node：数据节点

###Coordinating Node：协调节点

###Ingest Node：提取节点

索引（index）

Mapping

数据类型

分片

类型（type）

文档（document）

倒排索引

倒排表

词条(Term)

词典

分词 Analysis

分词器

搜索

搜索的两阶段

### query 查询阶段

### fetch取回阶段

分页查询

### page+size

### 滚动查询

#### ### 首次请求

#### ### 返回

#### ### 第二次请求

### search_after

#### ### 首次请求

#### ### 返回

#### ### 第二次请求

分页方式比较

数据路由

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