Elasticsearch

Elasticsearch 概述

Elasticsearch下载

官方下载链接

https://www.elastic.co/cn/downloads/past-releases#elasticsearch

什么是Elasticsearch

elastic:富有弹性的

search:搜索

我们可以把它简称为ES,但是搜索它的资料时(例如百度)还是使用Elasticsearch进行搜索更准确

这个软件不是SpringCloud提供的,它也不针对微服务环境的项目来开发

Elasticsearch和redis\mysql一样，不仅服务于java语言，其它语言也可以使用。它的功能也类似一个数据库，能高效的从大量数据中搜索匹配指定关键字的内容，它也将数据保存在硬盘中。

这样的软件有一个名称全文搜索引擎，它本质就是一个java项目，使用它进行数据的增删改查就是访问这个项目的控制器方法(url路径)。

ES的底层技术

ES使用了java的一套名为Lucene的API，这个API提供了全文搜索引擎核心操作的接口，相当于搜索引擎的核心支持,ES是在Lucene的基础上进行了完善，实现了开箱即用的搜索引擎软件。

市面上和ES功能类似的软件有：Solr/MongoDB。

为什么需要Elasticsearch

数据库进行模糊查询效率严重低下，所有关系型数据库都有这个缺点(mysql\mariaDB\oracle\DB2等)，在执行类似下面模糊查询时

select * from spu where spu_name like '%鼠标%'

测试证明一张千万级别的数据表进行模糊查询需要20秒以上，当前互联网项目要求"三高"的需求下，这样的效率肯定不能接受，Elasticsearch主要是为了解决数据库模糊查询性能低下问题的。ES进行优化之后，从同样数据量的ES中查询相同条件数据，效率能够提高100倍以上。

数据库索引简介

所谓的索引(index)其实就是数据目录（类比一下新华字典里面的目录），通常情况下，索引是为了提高查询效率的。

数据库索引分两大类：

• 聚集索引
• 非聚集索引

聚集索引就是数据库保存数据的物理顺序依据，默认情况下就是主键id,所以按id查询数据库中的数据效率非常高。

非聚集索引:如果想在非主键列上添加索引，就是非聚集索引了。例如我们在数据库表中存在一个姓名列，我们为姓名列创建索引，在创建索引时，会根据姓名内容来创建索引，例如"张三丰" 这个姓名，创建索引后查询效率就会明显提升。

如果没有索引，这样的查询就会引起效率最低的"逐行搜索"，就是一行一行的查这个数据的姓名是不是张三丰，效率就会非常低。

模糊查询时因为’%鼠标%',使用的是前模糊条件，使用索引必须明确前面的内容是什么，前模糊查询是不能使用索引的，只能是全表的逐行搜索，所以效率非常低（优化sql语句中就有减少前模糊查询sql语句）。

所以当我们项目中设计了根据用户输入关键字进行模糊查询时,需要使用全文搜索引擎来优化。

索引面试题

1.创建的索引会占用硬盘空间

2.创建索引之后,对该表进行增删改操作时,会引起索引的更新,所以效率会降低

3.对数据库进行批量新增时,先删除索引,增加完毕之后再创建

4.不要对数据样本少的列添加索引

5.模糊查询时,查询条件前模糊的情况,是无法启用索引的

6.每次从数据表中查询的数据的比例越高,索引的效果越低

7.当我们执行查询时,where条件后应该先查询有索引的列

Elasticsearch运行原理

要想使用ES提高模糊查询效率，首先要将数据库中的数据复制到ES中，在新增数据到ES的过程中,ES可以对指定的列进行分词索引保存在索引库中形成倒排索引结构。

Elasticsearch的启动

压缩包280M左右,复制到没有中文,没有空格的目录下解压，双击bin\elasticsearch.bat运行。

双击之后可能会看到下面的dos界面

可能会因为自己的Java环境变量出现问题，解决方案可以看：
链接: windows10环境elasticsearch7.10.X启动闪退和报错问题

这个界面不能关闭,一旦关闭ES就停止了。

验证ES的运行状态，浏览器输入地址:localhost:9200看到如下内容即可。

mac系统启动命令：

tar -xvf elasticsearch-7.6.2-darwin-x86_64.tar.gz 
cd elasticsearch-7.6.2/bin 
./elasticsearch

linux系统启动命令：

tar -xvf elasticsearch-7.6.2-linux-x86_64.tar.gz
cd elasticsearch-7.6.2/bin
./elasticsearch

ES基本使用

ES启动完成后,我们要学习如何操作它，我们已经讲过,操作ES是对ES发送请求，我们创建一个项目search,在这个子项目中创建一个专门发送各种类型请求的文件来操作ES。

然后项目pom文件如下

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0modelVersion>
    <parent>
        <groupId>cn.tedugroupId>
        <artifactId>csmallartifactId>
        <version>0.0.1-SNAPSHOTversion>
        <relativePath/> 
    parent>
    <groupId>cn.tedugroupId>
    <artifactId>searchartifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOTversion>
    <name>searchname>
    <description>Demo project for Spring Bootdescription>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starterartifactId>
        dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-testartifactId>
            <scope>testscope>
        dependency>
    dependencies>
    
project>

下面创建一个能够向ES发送请求的文件，这种能够向指定url发送请求的文件格式称之为http client(http 客户端)。

文件类型叫HTTP Request文件，可以起名为elasticsearch。

先从最简单的请求开始，向es发送指令：

### 三个#是注释,也是分隔符,每个发送指令的请求必须使用分隔符分隔
GET http://localhost:9200

### 测试ES的分词功能,运行分词,查看分词结果
POST http://localhost:9200/_analyze
Content-Type: application/json

{
  "text": "my name is hanmeimei",
  "analyzer": "standard"

}

analyze:分析

analyzer:分析者(分词器)

standard是ES默认的分词器,“analyzer”: "standard"是可以省略的

standard这个分词器只能对英文等西文字符(有空格的),进行正确分词，但是中文分词不能按空格分,按这个分词器分词,每个字都会形成分词,这样的结果不能满足我们日常的搜索需要。

我们解决中文不能正确分词的问题，实际上要引入一个中文常见词语的词库，分词时按照词库中的词语分词即可。

我们可以使用免费的中文分词器词库插件IK来实现中文分词效果

安装插件之后要重启ES才能生效，关闭Es窗口之后再双击elasticsearch.bat文件运行即可，ES启动之后,将中文分词器设置完成,在运行分词。

{
  "text": "罗技激光鼠标",
  "analyzer": "ik_smart"
}

再次运行分词测试,应该看到正常的中文分词效果，但是词库的容量有限,比较新的网络名词和较新出现的人名是不在词库中的（这就很尴尬了）。

ik分词插件的使用

我们安装的ik实际上不只一个分词器，实际上除了ik_smart之外还有ik_max_word。

POST http://localhost:9200/_analyze
Content-Type: application/json

{
  "text": "北京冬季奥林匹克运动会顺利闭幕",
  "analyzer": "ik_smart"
}

POST http://localhost:9200/_analyze
Content-Type: application/json

{
  "text": "北京冬季奥林匹克运动会顺利闭幕",
  "analyzer": "ik_max_word"
}

上面的两个分词器运行分词,结果会有非常明显的区别。

总结区别如下：

ik_smart

• 优点:特征是粗略快速的将文字进行分词,占用空间小,查询速度快；

• 缺点:分词的颗粒度大,可能跳过一些重要分词,导致查询结果不全面,查全率低。

ik_max_word

• 优点：特征是详细的文字片段进行分词，查询时查全率高，不容易遗漏数据；
• 缺点：因为分词太过详细，导致有一些无用分词，占用空间较大，查询速度慢。

使用ES操作数据

ES是一个数据库性质的软件，可以执行增删改查操作，只是他操作数据不使用sql,数据的结构和关系型数据库也不同。

我们先了解一下ES保存数据的结构

• ES启动后,ES服务可以创建多个index(索引)，index可以理解为数据库中表的概念；

• 一个index可以创建多个保存数据的document(文档)，一个document理解为数据库中的一行数据；

• 一个document中可以保存多个属性和属性值，对应数据库中的字段(列)和字段值。

SpringBoot 操作 Elasticsearch

Spring Data简介

原生状态下,我们使用JDBC连接数据库,因为代码过于繁琐,所以改为使用Mybatis框架，在ES的原生状态下,我们java代码需要使用socket访问ES,但是也是过于繁琐,我们可以使用SpringData框架简化，Spring Data是Spring提供的一套连接各种第三方数据源的框架集，我们需要使用的是其中连接ES的Spring Data Elasticseatrch。

官方网站:https://spring.io/projects/spring-data

官网中列出了SpringData支持连接操作的数据源列表，下面我们就按照SpringDataElasticsearch的步骤对ES进行操作。

添加依赖和配置

就使用我们之前创建的search模块来操作ES

pom文件添加依赖

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0modelVersion>
    <parent>
        <groupId>cn.tedugroupId>
        <artifactId>csmallartifactId>
        <version>0.0.1-SNAPSHOTversion>
        <relativePath/> 
    parent>
    <groupId>cn.tedugroupId>
    <artifactId>searchartifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOTversion>
    <name>searchname>
    <description>Demo project for Spring Bootdescription>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starterartifactId>
        dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-testartifactId>
            <scope>testscope>
        dependency>
        
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-data-elasticsearchartifactId>
        dependency>

    dependencies>

project>

application.properties添加配置

# 配置ES所在的ip地址和端口号信息
spring.elasticsearch.rest.uris=http://localhost:9200

# 设置日志门槛
logging.level.cn.tedu.search=debug
# SpringDataElasticsearch框架中有一个转换输出信息的类,它也需要设置为debug
logging.level.org.elasticsearch.client.RestClient=debug

创建和ES关联的实体类

和其他数据库一样，我们操作ES时也需要一个类似实体类的数据类,作为操作ES的数据载体。

search项目创建entity包，在包中创建Item(商品)类。

@Data
@Accessors(chain = true)    // 支持链式Set赋值
@AllArgsConstructor         // 自动生成当前类的全参构造方法
@NoArgsConstructor          // 自动生成当前类的无参构造方法
// @Document注解标记表示当前类是对应ES框架的一个实体类
// 属性indexName指定ES中的索引名称,运行时,如果这个索引不存在SpringData会自动创建这个索引
@Document(indexName = "items")
public class Item implements Serializable {

    // SpringData通过@Id注解标记当前实体类主键
    @Id
    private Long id;
    // SpringData 标记title字段需要支持分词,并定义分词器
    @Field(type = FieldType.Text,
            analyzer = "ik_max_word",
            searchAnalyzer = "ik_max_word")
    private String title;
    // Keyword类型是不分词的字符串类型
    @Field(type = FieldType.Keyword)
    private String category;
    @Field(type = FieldType.Keyword)
    private String brand;
    @Field(type = FieldType.Double)
    private Double price;
    // imgPath是图片路径,他不会称之为搜索条件,所以可以不创建索引,节省空间
    // 设置index = false,就是不创建索引
    // 但是需要注意,不创建索引并不是不保存这个数据,ES会保存这个数据
    @Field(type = FieldType.Keyword,index = false)
    private String imgPath;

    // images/2022/10/28/a0cf86-70adcc12-712918-ac878323.jpg

}

创建操作ES的持久层

我们使用SpringData连接ES，需要知道SpringData框架对持久层的命名规则，持久层规范名称为repository(仓库),创建这个包,包中创建接口ItemRepository。

// Repository是spring家族对框架持久层的规范命名
@Repository
public interface ItemRepository extends ElasticsearchRepository<Item,Long> {
    // ItemRepository接口要继承SpringData框架提供的父接口ElasticsearchRepository
    // 一旦继承,当前接口就可以编写连接ES操作数据的代码了,
    // 继承了父接口后,SpringData会根据我们泛型中编写的Item找到对应的索引
    // 会对这个索引自动生成基本的增删改查方法,我们自己无需再编写
    // ElasticsearchRepository<[要操作的\关联的实体类名称],[实体类主键的类型]>
}

测试ES

如果没有测试包,创建test测试包，如果没有测试类,创建测试类。

编写测试

// 注意必须有@SpringBootTest注解才能顺利测试!
@SpringBootTest
@Slf4j
class SearchApplicationTests {

    @Autowired
    private ItemRepository itemRepository;

    // 执行单增
    @Test
    void addOne() {
        // 实例化Item对象
        Item item=new Item()
                .setId(1L)
                .setTitle("罗技激光无线游戏鼠标")
                .setCategory("鼠标")
                .setBrand("罗技")
                .setPrice(188.0)
                .setImgPath("/1.jpg");
        // 利用SpringDataElasticsearch提供的新增方法,完成Item新增到ES
        itemRepository.save(item);
        System.out.println("ok");
    }

    // 单查
    @Test
    void getOne(){
        // SpringDataElasticsearch提供了按id查询数据的方法
        // 返回值是一个Optional类型的对象,理解为只能保存一个元素的集合
        // 需要内容时直接调用get方法即可获取其中对象
        Optional<Item> optional=itemRepository.findById(1L);
        Item item=optional.get();
        System.out.println(item);

    }

    // 批量增
    @Test
    void addList(){
        // 实例化一个List对象,用户添加要保存到ES的Item对象
        List<Item> list=new ArrayList<>();
        list.add(new Item(2L,"罗技激光有线办公鼠标","鼠标",
                            "罗技",9.9,"/2.jpg"));
        list.add(new Item(3L,"雷蛇机械无线游戏键盘","键盘",
                            "雷蛇",262.0,"/3.jpg"));
        list.add(new Item(4L,"微软有线静音办公鼠标","鼠标",
                            "微软",190.0,"/4.jpg"));
        list.add(new Item(5L,"罗技机械有线背光键盘","键盘",
                            "罗技",236.0,"/5.jpg"));
        itemRepository.saveAll(list);
        System.out.println("ok");

    }

    // 全查
    @Test
    void getAll(){
        // SpringData框架提供的全查ES中对应实体类的所有数据的方法
        Iterable<Item> items=itemRepository.findAll();
        for(Item item : items){
            System.out.println(item);
        }
        System.out.println("------------------------------------");
        items.forEach(item -> System.out.println(item));

    }


}

SpringData自定义查询

SpringData框架提供的基本增删改查方法并不能完全满足我们的业务需要，如果是针对当前Es数据，进行个性化的自定义查询，那还是需要自己编写查询代码，就像我们要实现根据关键词查询商品信息一样，完成类似数据库中的模糊查询。

单条件查询

我们查询需求为输出所有数据中title属性包含"游戏"这个分词的商品信息

参考数据库中模糊查询

select * from item where title like '%游戏%'

我们使用SpringDataES进行查询,本质上还是相当于ES文档中执行的查询语句

在SpringData框架下,ItemRepository接口中实现更加简单

// SpringData实现自定义查询
// 我们要编写遵循SpringData给定格式的方法名
// SpringData会根据方法名称自动推断出查询目的,生成查询语句完成操作
// query(查询):表达当前方法是一个查询方法,等价于sql中的select
// Item/Items:确定要查询的实体类(对应的索引),不带s是查询单个对象的,带s的查集合
// By(通过/根据):标识开始设置查询条件的单词,等价于sql中的where
// Title:要查询的字段,可以是Item实体类中声明的任何字段
// Matches(匹配):执行查询条件的操作,Matches是匹配字符串类型的关键字,支持分词等价sql中的like

Iterable<Item> queryItemsByTitleMatches(String title);

下面可以开始在测试类中进行测试查询

// 单条件自定义查询
@Test
void queryOne(){
    // 查询ES中items索引数据,title字段包含"游戏"分词的数据
    Iterable<Item> items=itemRepository.queryItemsByTitleMatches("游戏");
    items.forEach(item -> System.out.println(item));
}

上面代码运行时底层运行的查询语句为:

### 单条件搜索
POST http://localhost:9200/items/_search
Content-Type: application/json

{
  "query": {"match": { "title":  "游戏" }}
}

多条件查询

在相对复杂的查询逻辑下，经常使用多个条件来定位查询需要的数据，这样就需要逻辑运算符"and"/“or”。

ItemRepository接口中添加多条件的查询方法

// 多条件查询
// 多个条件之间要使用and或or来分隔,表示多个条件间的逻辑关系
// 如果我们想按照Title和Brand进行多条件查询
// 多个条件时,方法名就要按规则编写多个条件,参数也要对应条件的个数来变化
// 声明的参数会按照顺序赋值给方法名中的条件,和参数名称无关
Iterable<Item> queryItemsByTitleMatchesAndBrandMatches(
                                    String title,String brand);

测试代码如下

// 多条件自定义查询
@Test
void queryTwo(){
    // 查询ES中,items索引里,title字段包含"游戏",并且品牌是"罗技"的数据
    Iterable<Item> items=itemRepository
            .queryItemsByTitleMatchesAndBrandMatches("游戏","罗技");
    items.forEach(item -> System.out.println(item));

}

底层运行的请求

### 多字段搜索
POST http://localhost:9200/items/_search
Content-Type: application/json

{
  "query": {
    "bool": {
      "must": [
        { "match": { "title": "游戏"}},
        { "match": { "brand": "罗技"}}
      ]
    }
  }
}

当查询条件关系为And时,查询语句关键字为must；当查询条件关系为Or时,查询语句关键字为should。

排序查询

默认情况下从ES中查询获得的数据排序依据是ES查询得出的相关性分数(score)，但是如果想改变这个排序就需要在查询方法上添加新的关键字。

在ItemRepository接口添加具备排序功能的查询方法

// 排序查询
Iterable<Item> queryItemsByTitleMatchesOrBrandMatchesOrderByPriceDesc(
        String title,String brand);

测试代码如下

// 自定义排序查询
@Test
void queryOrder(){
    Iterable<Item> items=itemRepository
            .queryItemsByTitleMatchesOrBrandMatchesOrderByPriceDesc(
                                               "游戏","罗技");
    items.forEach(item -> System.out.println(item));
}

底层运行的代码：

### 多字段搜索
POST http://localhost:9200/items/_search
Content-Type: application/json

{
  "query": {
    "bool": {
      "should": [
        { "match": { "title": "游戏"}},
        { "match": { "brand": "罗技"}}
      ]
    }
  },"sort":[{"price":"desc"}]
}

分页查询

SpringData框架支持完成分页查询。

需要在ItemRepository接口中修改方法的参数和返回值就可以实现

// 分页查询
// 返回值类型需要修改为Page类型,这个类型既可以保存从ES中查询到的数据又可以保存
// 当前分页查询的分页信息:当前页,总页数,总条数,每页条数,有没有上一页,有没有下一页等
// 分页查询方法参数要添加一个Pageable,必须放在现有所有参数的后面
// 它可以设置要查询的页码和每页的条数

Page<Item> queryItemsByTitleMatchesOrBrandMatchesOrderByPriceDesc(
        String title, String brand, Pageable pageable);

测试代码

// 自定义分页查询
@Test
void queryPage(){
    int page=2;             // 要查询的页码,写1表示查询第一页
    int pageSize=2;         // 每页条数的设置
    Page<Item> pages=itemRepository
            .queryItemsByTitleMatchesOrBrandMatchesOrderByPriceDesc(
                 "游戏","罗技", PageRequest.of(page-1,pageSize));
    pages.forEach(item -> System.out.println(item));
    // pages对象包含的分页信息输出
    System.out.println("总页数:"+pages.getTotalPages());
    System.out.println("总条数:"+pages.getTotalElements());
    System.out.println("当前页:"+(pages.getNumber()+1));
    System.out.println("每页条数:"+pages.getSize());
    System.out.println("是否是首页:"+pages.isFirst());
    System.out.println("是否是末页:"+pages.isLast());

}