【Elasticsearch】优秀实践-Elasticsearch写入调优

基本优化手段

Elasticsearch默认的设置和参数配置下，是综合考虑了数据的可靠性、搜索实时性、写入速度等因素。但在某些场景中，业务对数据的可靠性和搜索实时性要求并不高，反而对写入速度要求高，可以通过调整一些策略，优化写入速度。

综合来说，提升写入速度可以从以下几个方面入手：

1） 加大index refresh间隔，除了降低IO，更重要的是降低了segment merge的频率；
2） 加大translog refresh间隔，目的是降低iops、writeblock；
3） 调整bulk请求，控制每次bulk请求提交的量；
4） 优化磁盘间的任务均匀情况，将shard尽量均匀分布到机器的各个磁盘；
5） 优化节点间的任务分布，将任务尽量均匀地发布到各节点，避免单点阻塞问题；
6） 优化Lucene层建立索引的过程，目的是降低CPU占用率及IO，例如，禁用_all字段。

索引刷新间隔

默认情况下索引的refresh_interval为1秒，这意味着数据写1秒后就可以被搜索到，每次索引的refresh会产生一个新的lucene段，这会导致频繁的segment merge行为，如果你不需要这么高的搜索实时性，应该降低索引refresh周期，如：

index.refresh_interval: 120s

Translog刷新间隔

默认设置下，translog的持久化策略为：每个请求都flush。对应配置项为：

index.translog.durability: request

这是影响Elasticsearch写入速度的最大因素。但是只有这样，写操作才有可能是可靠的，如果系统可以接受一定几率的数据丢失，调整translog持久化策略为周期性和一定大小的时候flush：

index.translog.durability: async index.translog.sync_interval: 120s
index.translog.flush_threshold_size: 3gb
index.translog.flush_threshold_period: 120m

段合并优化

segment merge操作对系统CPU和IO占用都比较高，从es 2.0开始，merge行为不再由es控制，而是转由lucene控制。有以下调整开关：

index.merge.scheduler.max_thread_count：最大线程数
index.merge.policy.*

最大线程数的默认值为：

Math.max(1, Math.min(4, Runtime.getRuntime().availableProcessors() / 2))

是一个比较理想的值，如果你只有一块硬盘并且非SSD，应该把他设置为1，因为在旋转存储介质上并发写，由于寻址的原因，不会提升，只会降低写入速度。

index.merge.policy.floor_segment

该属性用于阻止segment的频繁flush，小于此值将考虑优先合并，默认为2M，可考虑适当降低此值，如1M。

index.merge.policy.segments_per_tier

该属性指定了每层分段的数量，取值越小最终segment越少，因此需要merge的操作更多，可以考虑适当增加此值。默认为10，他应该大于等于 index.merge.policy.max_merge_at_once

“merge”:{
“scheduler”:{
“max_thread_count” : “1”
},
“policy”:{
“segments_per_tier” : “20”,
“max_merge_at_once”: “20”，
“floor_segment” : “1m”,
“max_merged_segment” : “5g”
}
}

Indexing Buffer

indexing buffer在为doc建立索引时使用，当缓冲满时会刷入磁盘，生成一个新的 segment，这是除refresh_interval外另外一个刷新索引，生成新segment的机会。每个 shard有自己的indexing buffer，下面的关于这个buffer大小的配置需要除以这个节点上所有的shard数量。

indices.memory.index_buffer_size

默认为整个堆的10%，如30GB堆内存，约占300M，在大量的索引操作时，可以考虑适当增大，但不要超过20%。

Bulk请求

1） 使用批量请求，设置合理的数据条数：使用bulk命令进行批量索引数据时，每批次提交的数据大小为5~15MB；比如每条数据大小为1k，那么建议批量提交的数据条数为5000条；当前集群的最佳批量请求大小，可以从5MB开始测试，缓慢增加这个大小，直到写入性能不能提升为止。

2） 每个批量请求中只处理一个索引的数据：一个bulk请求只写入一个索引的数据，不建议一个bulk请求同时写入多个索引的数据，不同索引的数据分多个bulk请求提交。

3） 建立索引的过程偏计算密集型任务，应该使用固定大小的线程池配置，来不及处理的放入队列，线程数量配置为CPU核心数+1，避免过多的上下文切换。队列大小可以适当增加，但一定要严格控制大小，过大的队列导致较高的GC压力，并可能导致FGC频繁发生。

磁盘间的任务均衡

如果你的部署方案是为path.data配置多个路径来使用多块磁盘， es在分配shard 时，落到各磁盘上的shard可能并不均匀，这种不均匀可能会导致某些磁盘繁忙，利用率达到100%，这种不均匀达到一定程度可能会对写入性能产生负面影响。

所以建议每个数据实例挂载单块磁盘。

节点间的任务均衡

为了在节点间任务尽量均衡，数据写入客户端应该把bulk请求轮询发送到各个节点。
当使用java api ，或者rest api的bulk接口发送数据时，客户端将会轮询的发送的集群节点，节点列表取决于：
当client.transport.sniff为true，(默认为 false)，列表为所有数据节点。
否则，列表为初始化客户端对象时添加进去的节点。
java api的TransportClient和rest api的RestClient都是线程安全的，当写入程序自己创建线程池控制并发，应该使用同一个Client对象。在此建议使用rest api，兼容性好，只有吞吐量非常大才值得考虑序列化的开销，显然搜索并不是高吞吐量的业务。
观察bulk请求在不同节点上的处理情况，通过cat接口观察bulk线程池和队列情况，是否存在不均：

_cat/thread_pool/bulk?v

另外，也可以搭建NGINX服务来达到负载均衡。

分片均匀分布

配置total_shards_per_node参数，让分片更加均匀的分布在各个实例上。表示限制每个实例上分布该该索引的分片最大个数，如2，即表示每个实例上最多分布2个该索引的分片。

说明：total_shards_per_node参数值=索引总分片数/数据实例数（向上取整）。

索引过程调整和优化

自动生成doc ID

分析es写入流程可以看到，写入doc时如果是外部指定了id，es会先尝试读取原来doc的版本号，判断是否需要更新，使用自动生成doc id可以避免这个环节，从而避免出现在磁盘IOPS能力不足的情况下，磁盘IO被读IO大量占用，导致写入速度受限于磁盘IO。

调整字段 Mappings

1） 字段的index属性设置为： not_analyzed，或者no。对字段不分词，或者不索引，可以节省很多运算，降低CPU占用。尤其是binary类型，默认情况下占用CPU非常高，而这种类型根本不需要进行分词做索引。
2） 调整_source字段：_source字段用于存储doc原始数据，对于部分不需要存储的字段，可以通过includes excludes来过滤，或者将_source 禁用，一般用于索引和数据分离。
3） 禁用_all字段：_all字段默认是开启的，其中包含所有字段分词后的关键词，作用是可以在搜索的时候不指定特定字段，从所有字段中检索。如果你不需要这个特性，可以禁用_all，可以小幅的降低CPU 压力，对速度影响并不明显。

小结

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