逆向索引：
与传统的数据库不同，在es中，每个字段里面的每个单词都是可以被搜索的。如hobby:"dance,sing,swim,run",我们在搜索关键字swim时，所有包含swim的文档都会被匹配到，es的这个特性也叫做全文搜索。
为了支持这个特性，es中会维护一个叫做“invertedindex”（也叫逆向索引）的表，表内包含了所有文档中出现的所有单词，同时记录了这个单词在哪个文档中出现过。
例：
当前有3个文档
Doc1:"brown,fox,quick,the"
Doc2:"fox,quick"
Doc3:"brown,fox,the"
那么es会维护如下一个数据结构：
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这样我们随意搜索任意一个单词，es只要遍历一下这个表，就可以知道有些文档被匹配到了。
逆向索引里面不止记录了单词与文档的对应关系，它还维护了很多其他有用的数据。如：每个文档一共包含了多少个单词，单词在不同文档中的出现频率，每个文档的长度，所有文档的总长度等等。这些数据用来给搜索结果进行打分，如搜索单词apple时，那么出现apple这个单词次数最多的文档会被优先返回，因为它匹配的次数最多，和我们的搜索条件关联性最大，因此得分也最多。
逆向索引是不可更改的，一旦它被建立了，里面的数据就不会再进行更改。这样做就带来了以下几个好处：
没有必要给逆向索引加锁，因为不允许被更改，只有读操作，所以就不用考虑多线程导致互斥等问题。索引一旦被加载到了缓存中，大部分访问操作都是对内存的读操作，省去了访问磁盘带来的io开销。因为逆向索引的不可变性，所有基于该索引而产生的缓存也不需要更改，因为没有数据变更。使用逆向索引可以压缩数据，减少磁盘io及对内存的消耗。
Segment：
既然逆向索引是不可更改的，那么如何添加新的数据，删除数据以及更新数据？为了解决这个问题，lucene将一个大的逆向索引拆分成了多个小的段segment。每个segment本质上就是一个逆向索引。在lucene中，同时还会维护一个文件commit point，用来记录当前所有可用的segment，当我们在这个commit point上进行搜索时，就相当于在它下面的segment中进行搜索，每个segment返回自己的搜索结果，然后进行汇总返回给用户。
引入了segment和commit point的概念之后，数据的更新流程如下图：
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新增的文档首先会被存放在内存的缓存中当文档数足够多或者到达一定时间点时，就会对缓存进行commit
a. 生成一个新的segment，并写入磁盘
b. 生成一个新的commit point，记录当前所有可用的segment
c. 等待所有数据都已写入磁盘
打开新增的segment，这样我们就可以对新增的文档进行搜索了清空缓存，准备接收新的文档
文档的更新与删除：
segment是不能更改的，那么如何删除或者更新文档？
每个commit point都会维护一个.del文件，文件内记录了在某个segment内某个文档已经被删除。在segment中，被删除的文档依旧是能够被搜索到的，不过在返回搜索结果前，会根据.del把那些已经删除的文档从搜索结果中过滤掉。
对于文档的更新，采用和删除文档类似的实现方式。当一个文档发生更新时，首先会在.del中声明这个文档已经被删除，同时新的文档会被存放到一个新的segment中。这样在搜索时，虽然新的文档和老的文档都会被匹配到，但是.del会把老的文档过滤掉，返回的结果中只包含更新后的文档。
Refresh：
ES的一个特性就是提供实时搜索，新增加的文档可以在很短的时间内就被搜索到。在创建一个commit point时，为了确保所有的数据都已经成功写入磁盘，避免因为断电等原因导致缓存中的数据丢失，在创建segment时需要一个fsync的操作来确保磁盘写入成功。但是如果每次新增一个文档都要执行一次fsync就会产生很大的性能影响。在文档被写入segment之后，segment首先被写入了文件系统的缓存中，这个过程仅使用很少的资源。之后segment会从文件系统的缓存中逐渐flush到磁盘，这个过程时间消耗较大。但是实际上存放在文件缓存中的文件同样可以被打开读取。ES利用这个特性，在segment被commit到磁盘之前，就打开对应的segment，这样存放在这个segment中的文档就可以立即被搜索到了。
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上图中灰色部分即存放在缓存中，还没有被commit到磁盘的segment。此时这个segment已经可以进行搜索。
在ES中，将缓存中的文档写入segment，并打开segment使之可以被搜索的过程叫做refresh。默认情况下，分片的refresh频率是每秒1次。这就解释了为什么es声称提供实时搜索功能，新增加的文档会在1s内就可以进行搜索了。
Refresh的频率通过index.refresh_interval:100s参数控制，一条新写入es的日志，在进行refresh之前，是在es中不能立即搜索不到的。
通过执行curl -XPOST127.0.0.1:9200/_refresh，可以手动触发refresh行为。
flush与translog
前面讲到，refresh行为会立即把缓存中的文档写入segment中，但是此时新创建的segment是写在文件系统的缓存中的。如果出现断电等异常，那么这部分数据就丢失了。所以es会定期执行flush操作，将缓存中的segment全部写入磁盘并确保写入成功，同时创建一个commit point，整个过程就是一个完整的commit过程。
但是如果断电的时候，缓存中的segment还没有来得及被commit到磁盘，那么数据依旧会产生丢失。为了防止这个问题，es中又引入了translog文件。
每当es接收一个文档时，在把文档放在buffer的同时，都会把文档记录在translog中。
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执行refresh操作时，会将缓存中的文档写入segment中，但是此时segment是放在缓存中的，并没有落入磁盘，此时新创建的segment是可以进行搜索的。
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按照如上的流程，新的segment继续被创建，同时这期间新增的文档会一直被写到translog中。
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当达到一定的时间间隔，或者translog足够大时，就会执行commit行为，将所有缓存中的segment写入磁盘。确保写入成功后，translog就会被清空。
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执行commit并清空translog的行为，在es中可以通过_flush api进行手动触发。
如：
curl -XPOST127.0.0.1:9200/tcpflow-2015.06.17/_flush?v
通常这个flush行为不需要人工干预，交给es自动执行就好了。同时，在重启es或者关闭索引之间，建议先执行flush行为，确保所有数据都被写入磁盘，避免照成数据丢失。通过调用sh service.sh start/restart，会自动完成flush操作。
Segment的合并
前面讲到es会定期的将收到的文档写入新的segment中，这样经过一段时间之后，就会出现很多segment。但是每个segment都会占用独立的文件句柄/内存/消耗cpu资源，而且，在查询的时候，需要在每个segment上都执行一次查询，这样是很消耗性能的。
为了解决这个问题，es会自动定期的将多个小segment合并为一个大的segment。前面讲到删除文档的时候，并没有真正从segment中将文档删除，而是维护了一个.del文件，但是当segment合并的过程中，就会自动将.del中的文档丢掉，从而实现真正意义上的删除操作。
当新合并后的segment完全写入磁盘之后，es就会自动删除掉那些零碎的segment，之后的查询都在新合并的segment上执行。Segment的合并会消耗大量的IO和cpu资源，这会影响查询性能。
在es中，可以使用optimize接口，来控制segment的合并。
如：
POST/logstash-2014-10/_optimize?max_num_segments=1
这样，es就会将logstash-2014-10中的segment合并为1个。但是对于那些更新比较频繁的索引，不建议使用optimize去执行分片合并，交给后台的es自己处理就好了。