ES基础总结

目录

一、简介 

1、Lucene与倒排索引

二、基本概念

三、ES与关系型数据库

四、分片(Shard)和副本(Replica)

五、注意事项

1、分片数量不可以实时修改

2、副本最大值+1 <= 集群节点数量 <= 分片数量

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一、简介 

        ES官方简介：Elasticsearch 是一个基于Lucene的分布式搜索、存储和分析引擎。所以不要只是将ES认为是一个搜索引擎。但是我们主要学习和使用的都是搜索和分析功能。ES实现搜索主要使用的是倒排索引。

1、Lucene与倒排索引

        Lucene其实就是一个jar包，为我们提供了复杂的API，帮我们创建倒排索引。但是Lucene在做集群搜索时存在一些缺点，下图为Lucene实现集群搜索的展示以及缺点总结。

                那什么是倒排索引呢？我们使用关系型数据库实现搜索功能时，会将这个词项在数据库中遍历查找，这种方式性能非常差，同时查询到的值相关度比较低。而倒排索引会将词项的一些信息进行存储，倒排索引的数据结构（一些词语会在后边通过与传统数据库字段进行对比理解）：

1、包含关键词的document list.。

2、TF：关键词在每个document中出现的次数。越大越好，比如document-1为：我是张春明，document-2为：我是张春明，是一个小男孩。关键字张春明在1中的TF就比在2的大。

3、IDF：关键词在整个索引中出现的次数，越小越好。

4、关键词在当前document出现次数。

5、每个document的长度。

6、包含词项的所有document的平均长度。

        实例如下： 

二、基本概念

        主要是ES中各种重要的指标。 

1. 索引(Index)：ElasticSearch把数据存放到一个或者多个索引(indices)中。ElasticSearch内部用Apache Lucene实现索引中数据的读写。但是在ElasticSearch中被视为单独的一个索引(index)，在Lucene中可能不止一个。这是因为在分布式体系中，ElasticSearch会用到分片(shards)和备份(replicas)机制将一个索引(index)存储多份。
2. 文档(Document)：文档(Document)由一个或者多个字段(Field)组成。ES中的文档(Document)是没有固定的模式和统一的结构。
3. 文档类型(Type)：每个文档在ElasticSearch中都必须设定它的类型。文档类型使得同一个索引中在存储结构不同文档时，只需要依据文档类型就可以找到对应的参数映射(Mapping)信息，方便文档的存取。ES 7之后删除type概念。
4. 节点(Node)：单独一个ElasticSearch服务器实例称为一个节点。对于许多应用场景来说，部署一个单节点的ElasticSearch服务器就足够了。但是考虑到容错性和数据过载，配置多节点的ElasticSearch集群是明智的选择。
5. 集群(Cluster):集群是多个ElasticSearch节点的集合。是提供高可用与高性能的重要手段
6. 分片索引(Shard)：集群能够存储超出单机容量的信息。为了实现这种需求，ElasticSearch把数据分发到多个存储Lucene索引的物理机上。这些Lucene索引称为分片索引，这个分发的过程称为索引分片(Sharding)。
7. 需要注意的是：集群中分片的数量需要在索引创建前配置好，而且服务器启动后是无法修改的，至少目前无法修改。
8. 索引副本(Replica)：当集群负载增长，用户搜索请求可能会阻塞在单个节点上时，通过索引副本(Replica)机制就可以解决这个问题。在提供基础查询性能的同时，也保证了数据的安全性。即如果主分片数据丢失，ElasticSearch通过索引副本使得数据不丢失。索引副本可以随时添加或者删除，所以用户可以在需要的时候动态调整其数量。
9. 网管(Gateway)：ES运行过程中需要的所有数据(文档，状态、索引参数等）都被存储在Gateway中。

三、ES与关系型数据库

结构对比
关系型数据库	ES
DataBase	index
Table	type
Row	Document
Column	Field
Schema	Mapping
SQL	Query DSL

操作对比
ES方法	数据库处理	说明
POST	Update	获取信息或者更新
GET	Read	获取信息
PUT	Create	创建或覆盖
DELETE	Delete	删除

四、分片(Shard)和副本(Replica)

        ES的“分片(shard)”机制可将一个索引内部的数据分布地存储于多个节点，它通过将一个索引切分为多个底层物理的Lucene索引完成索引数据的分割存储功能，这每一个物理的Lucene索引称为一个分片(shard)。
        每个分片其内部都是一个全功能且独立的索引，因此可由集群中的任何主机存储。创建索引时，用户可指定其分片的数量，默认数量为5个。
        Shard有两种类型：primary和replica，即主shard及副本shard。
        Primary shard用于文档存储，每个新的索引会自动创建5个Primary shard，当然此数量可在索引创建之前通过配置自行定义，不过，一旦创建完成，其Primary shard的数量将不可更改。
        Replica shard是Primary Shard的副本，用于冗余数据及提高搜索性能。 
        每个Primary shard默认配置了一个Replica shard，但也可以配置多个，且其数量可动态更改。ES会根据需要自动增加或减少这些Replica shard的数量。
        ES集群可由多个节点组成，各Shard分布式地存储于这些节点上。ES可自动在节点间按需要移动shard，例如增加节点或节点故障时。简而言之，分片实现了集群的分布式存储，而副本实现了其分布式处理及冗余功能。

五、注意事项

1、分片数量不可以实时修改

        为什么ES的分片数量不可以实时修改呢？主要是因为索引数据存储导致的，es中文档数据的存储不是随机分派到不同的分片上的，是按照一定的规则进行分片的，所以如果实时修改分片数量会导致文件位置出现错误。索引数据的分片规则如下：

公式：shard_num = hash(_routing) % num_primary_shards

字段解析：shard_num： 分片位置，数据分配到哪个分片。

                  _routing： 唯一标识，id字段或者parent字段。

                   num_primary_shards： 主分片数量。

2、副本最大值+1 <= 集群节点数量 <= 分片数量

        我们首先需要明白必须满足如下规则才能保证ES集群的高可用性。

 1、同一分片的副本不会放在同一个节点。

 2、ES禁止同一个分片的主分片和副本分片在同一个节点。

        要想满足如上条件副本数量+1必须小于等于集群节点数量。

        集群节点数量<=分片数量是因为分片数量小于节点数量时分片的作用已经消失，分片主要是为了提高吞吐量，分片数量小于节点数量相当于直接使用节点进行存储，吞吐量没有提升。