【ES】数据同步&集群

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3.数据同步

elasticsearch中的酒店数据来自于mysql数据库，因此mysql数据发生改变时，elasticsearch也必须跟着改变，这个就是elasticsearch与mysql之间的数据同步。

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3.1.思路分析

常见的数据同步方案有三种：

• 同步调用
• 异步通知
• 监听binlog

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3.1.1.同步调用

方案一：同步调用

基本步骤如下：

• hotel-demo对外提供接口，用来修改elasticsearch中的数据
• 酒店管理服务在完成数据库操作后，直接调用hotel-demo提供的接口，

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3.1.2.异步通知

方案二：异步通知

流程如下：

• hotel-admin对mysql数据库数据完成增、删、改后，发送MQ消息
• hotel-demo监听MQ，接收到消息后完成elasticsearch数据修改

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3.1.3.监听binlog

方案三：监听binlog

流程如下：

• 给mysql开启binlog功能
• mysql完成增、删、改操作都会记录在binlog中
• hotel-demo基于canal监听binlog变化，实时更新elasticsearch中的内容

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3.1.4.选择

方式一：同步调用

• 优点：实现简单，粗暴
• 缺点：业务耦合度高

方式二：异步通知

• 优点：低耦合，实现难度一般
• 缺点：依赖mq的可靠性

方式三：监听binlog

• 优点：完全解除服务间耦合
• 缺点：开启binlog增加数据库负担、实现复杂度高

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3.2.实现数据同步

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3.2.1.思路

利用课前资料提供的hotel-admin项目作为酒店管理的微服务。当酒店数据发生增、删、改时，要求对elasticsearch中数据也要完成相同操作。

步骤：

• 导入课前资料提供的hotel-admin项目，启动并测试酒店数据的CRUD

• 声明exchange、queue、RoutingKey

• 在hotel-admin中的增、删、改业务中完成消息发送

• 在hotel-demo中完成消息监听，并更新elasticsearch中数据

• 启动并测试数据同步功能

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3.2.2.导入demo

导入课前资料提供的hotel-admin项目：

运行后，访问 http://localhost:8099

其中包含了酒店的CRUD功能：

3.2.3.声明交换机、队列

MQ结构如图：

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1）引入依赖

在hotel-admin、hotel-demo中引入rabbitmq的依赖：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.bootgroupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-amqpartifactId>
dependency>

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2）声明队列交换机名称

在hotel-admin和hotel-demo中的cn.itcast.hotel.constatnts包下新建一个类MqConstants：

package cn.itcast.hotel.constatnts;

    public class MqConstants {
    /**
     * 交换机
     */
    public final static String HOTEL_EXCHANGE = "hotel.topic";
    /**
     * 监听新增和修改的队列
     */
    public final static String HOTEL_INSERT_QUEUE = "hotel.insert.queue";
    /**
     * 监听删除的队列
     */
    public final static String HOTEL_DELETE_QUEUE = "hotel.delete.queue";
    /**
     * 新增或修改的RoutingKey
     */
    public final static String HOTEL_INSERT_KEY = "hotel.insert";
    /**
     * 删除的RoutingKey
     */
    public final static String HOTEL_DELETE_KEY = "hotel.delete";
}

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3）声明队列交换机

在hotel-demo中，定义配置类，声明队列、交换机：

package cn.itcast.hotel.config;

import cn.itcast.hotel.constants.MqConstants;
import org.springframework.amqp.core.Binding;
import org.springframework.amqp.core.BindingBuilder;
import org.springframework.amqp.core.Queue;
import org.springframework.amqp.core.TopicExchange;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class MqConfig {
    @Bean
    public TopicExchange topicExchange(){
        return new TopicExchange(MqConstants.HOTEL_EXCHANGE, true, false);
    }

    @Bean
    public Queue insertQueue(){
        return new Queue(MqConstants.HOTEL_INSERT_QUEUE, true);
    }

    @Bean
    public Queue deleteQueue(){
        return new Queue(MqConstants.HOTEL_DELETE_QUEUE, true);
    }

    @Bean
    public Binding insertQueueBinding(){
        return BindingBuilder.bind(insertQueue()).to(topicExchange()).with(MqConstants.HOTEL_INSERT_KEY);
    }

    @Bean
    public Binding deleteQueueBinding(){
        return BindingBuilder.bind(deleteQueue()).to(topicExchange()).with(MqConstants.HOTEL_DELETE_KEY);
    }
}

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3.2.4.发送MQ消息

在hotel-admin中的增、删、改业务中分别发送MQ消息：

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3.2.5.接收MQ消息

hotel-demo接收到MQ消息要做的事情包括：

• 新增消息：根据传递的hotel的id查询hotel信息，然后新增一条数据到索引库
• 删除消息：根据传递的hotel的id删除索引库中的一条数据

1）首先在hotel-demo的cn.itcast.hotel.service包下的IHotelService中新增新增、删除业务

void deleteById(Long id);

void insertById(Long id);

2）给hotel-demo中的cn.itcast.hotel.service.impl包下的HotelService中实现业务：

@Override
public void deleteById(Long id) {
    try {
        // 1.准备Request
        DeleteRequest request = new DeleteRequest("hotel", id.toString());
        // 2.发送请求
        client.delete(request, RequestOptions.DEFAULT);
    } catch (IOException e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }
}

@Override
public void insertById(Long id) {
    try {
        // 0.根据id查询酒店数据
        Hotel hotel = getById(id);
        // 转换为文档类型
        HotelDoc hotelDoc = new HotelDoc(hotel);

        // 1.准备Request对象
        IndexRequest request = new IndexRequest("hotel").id(hotel.getId().toString());
        // 2.准备Json文档
        request.source(JSON.toJSONString(hotelDoc), XContentType.JSON);
        // 3.发送请求
        client.index(request, RequestOptions.DEFAULT);
    } catch (IOException e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }
}

3）编写监听器

在hotel-demo中的cn.itcast.hotel.mq包新增一个类：

package cn.itcast.hotel.mq;

import cn.itcast.hotel.constants.MqConstants;
import cn.itcast.hotel.service.IHotelService;
import org.springframework.amqp.rabbit.annotation.RabbitListener;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;

@Component
public class HotelListener {

    @Autowired
    private IHotelService hotelService;

    /**
     * 监听酒店新增或修改的业务
     * @param id 酒店id
     */
    @RabbitListener(queues = MqConstants.HOTEL_INSERT_QUEUE)
    public void listenHotelInsertOrUpdate(Long id){
        hotelService.insertById(id);
    }

    /**
     * 监听酒店删除的业务
     * @param id 酒店id
     */
    @RabbitListener(queues = MqConstants.HOTEL_DELETE_QUEUE)
    public void listenHotelDelete(Long id){
        hotelService.deleteById(id);
    }
}

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4.集群

单机的elasticsearch做数据存储，必然面临两个问题：海量数据存储问题、单点故障问题。

• 海量数据存储问题：将索引库从逻辑上拆分为N个分片（shard），存储到多个节点
• 单点故障问题：将分片数据在不同节点备份（replica ）

ES集群相关概念:

• 集群（cluster）：一组拥有共同的 cluster name 的 节点。

• 节点（node) ：集群中的一个 Elasticearch 实例

• 分片（shard）：索引可以被拆分为不同的部分进行存储，称为分片。在集群环境下，一个索引的不同分片可以拆分到不同的节点中

  解决问题：数据量太大，单点存储量有限的问题。

  

  此处，我们把数据分成3片：shard0、shard1、shard2

• 主分片（Primary shard）：相对于副本分片的定义。

• 副本分片（Replica shard）每个主分片可以有一个或者多个副本，数据和主分片一样。

  ​

数据备份可以保证高可用，但是每个分片备份一份，所需要的节点数量就会翻一倍，成本实在是太高了！

为了在高可用和成本间寻求平衡，我们可以这样做：

• 首先对数据分片，存储到不同节点
• 然后对每个分片进行备份，放到对方节点，完成互相备份

这样可以大大减少所需要的服务节点数量，如图，我们以3分片，每个分片备份一份为例：

现在，每个分片都有1个备份，存储在3个节点：

• node0：保存了分片0和1
• node1：保存了分片0和2
• node2：保存了分片1和2

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4.1.搭建ES集群

参考课前资料的文档：

其中的第四章节：

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4.2.集群脑裂问题

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4.2.1.集群职责划分

elasticsearch中集群节点有不同的职责划分：

默认情况下，集群中的任何一个节点都同时具备上述四种角色。

但是真实的集群一定要将集群职责分离：

• master节点：对CPU要求高，但是内存要求第
• data节点：对CPU和内存要求都高
• coordinating节点：对网络带宽、CPU要求高

职责分离可以让我们根据不同节点的需求分配不同的硬件去部署。而且避免业务之间的互相干扰。

一个典型的es集群职责划分如图：

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4.2.2.脑裂问题

脑裂是因为集群中的节点失联导致的。

例如一个集群中，主节点与其它节点失联：

此时，node2和node3认为node1宕机，就会重新选主：

当node3当选后，集群继续对外提供服务，node2和node3自成集群，node1自成集群，两个集群数据不同步，出现数据差异。

当网络恢复后，因为集群中有两个master节点，集群状态的不一致，出现脑裂的情况：

解决脑裂的方案是，要求选票超过 ( eligible节点数量 + 1 ）/ 2 才能当选为主，因此eligible节点数量最好是奇数。对应配置项是discovery.zen.minimum_master_nodes，在es7.0以后，已经成为默认配置，因此一般不会发生脑裂问题

例如：3个节点形成的集群，选票必须超过 （3 + 1） / 2 ，也就是2票。node3得到node2和node3的选票，当选为主。node1只有自己1票，没有当选。集群中依然只有1个主节点，没有出现脑裂。

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4.2.3.小结

master eligible节点的作用是什么？

• 参与集群选主
• 主节点可以管理集群状态、管理分片信息、处理创建和删除索引库的请求

data节点的作用是什么？

• 数据的CRUD

coordinator节点的作用是什么？

• 路由请求到其它节点

• 合并查询到的结果，返回给用户

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4.3.集群分布式存储

当新增文档时，应该保存到不同分片，保证数据均衡，那么coordinating node如何确定数据该存储到哪个分片呢？

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4.3.1.分片存储测试

插入三条数据：

测试可以看到，三条数据分别在不同分片：

结果：

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4.3.2.分片存储原理

elasticsearch会通过hash算法来计算文档应该存储到哪个分片：

说明：

• _routing默认是文档的id
• 算法与分片数量有关，因此索引库一旦创建，分片数量不能修改！

新增文档的流程如下：

解读：

• 1）新增一个id=1的文档
• 2）对id做hash运算，假如得到的是2，则应该存储到shard-2
• 3）shard-2的主分片在node3节点，将数据路由到node3
• 4）保存文档
• 5）同步给shard-2的副本replica-2，在node2节点
• 6）返回结果给coordinating-node节点

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4.4.集群分布式查询

elasticsearch的查询分成两个阶段：

• scatter phase：分散阶段，coordinating node会把请求分发到每一个分片

• gather phase：聚集阶段，coordinating node汇总data node的搜索结果，并处理为最终结果集返回给用户

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4.5.集群故障转移

集群的master节点会监控集群中的节点状态，如果发现有节点宕机，会立即将宕机节点的分片数据迁移到其它节点，确保数据安全，这个叫做故障转移。

1）例如一个集群结构如图：

现在，node1是主节点，其它两个节点是从节点。

2）突然，node1发生了故障：

宕机后的第一件事，需要重新选主，例如选中了node2：

node2成为主节点后，会检测集群监控状态，发现：shard-1、shard-0没有副本节点。因此需要将node1上的数据迁移到node2、node3：

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学习笔记 from 黑马程序员

By – Suki 2023/4/9