这份Elasticsearch 工作笔记，值得收藏

从事Elasticsearch云产品的研发已经四年多了，在服务公有云客户的过程中也遇到了各种各样的使用方式以及问题，本文就把过去几年记录的一些问题和解决办法进行归类和总结，常读常新。

一、es内核bug类的问题记录
二、使用方式类的问题记录
三、优化类的问题记录
四、原理咨询类的问题记录

一、es内核bug类的问题记录

集群升级到7.5版本后自定义的normalizer无法使用了

es内核的bug，7.0版本对自定义analyzer这部分的代码进行了重构，导致所有的自定义normalizer都无法正常使用。

相关issue: https://github.com/elastic/elasticsearch/issues/48650

相关PR：https://github.com/elastic/elasticsearch/pull/48866
使用_search/template API查询时返回结果总量不准

在_search/template API的处理逻辑中，虽然rest_total_hits_as_int设置为了true, trackTotalHitsUpTo值却没有被设置，因此只能获取到最多为10000的total hits。

相关issue: https://github.com/elastic/elasticsearch/issues/52801

相关PR：https://github.com/elastic/elasticsearch/pull/53155
处理字符串类型数据的ingest processor, 不支持传入的field字段值为数组

对Lowercase Processors、Uppercase Processors、Trim Processors等处理字符串类型数据的ingest processor, 都支持要处理的字段类型为数组类型：

相关issue: https://github.com/elastic/elasticsearch/issues/51087

相关PR：https://github.com/elastic/elasticsearch/pull/53343
reindex api在max_docs参数小于slices时，会报错max_docs为0

调用reindex api,当max_docs参数
相关issue: https://github.com/elastic/elasticsearch/issues/52786

相关PR：https://github.com/elastic/elasticsearch/pull/54901
ingest pipeline simulate API 在传入的docs参数是空列表时，没有响应

在调用_ingest/pipeline/_simulate API时，如果传入的docs参数是空列表，则什么结果都不会返回。
Bug产生的原因是，在异步请求的ActionListener中没有对docs参数进行判空，导致始终没有响应给客户端。

相关issue: https://github.com/elastic/elasticsearch/issues/52833

相关PR：https://github.com/elastic/elasticsearch/pull/52937
Rename inegst processor对于设置ignore_missing参数无效

当使用template snippets时，如果取到的字段不存在，此时如果设置了ignore_missing，仍然会报错。

相关issue: https://github.com/elastic/elasticsearch/issues/74241

相关PR：https://github.com/elastic/elasticsearch/pull/74248
ILM中的Shrink Action，如果设置的目标分片数不合适，也就是不是原索引分片数的因子时，Shrink Action会卡住

在Shrink Action中增加校验，如果设置的目标分片数不合适，就提前中断ILM的执行。

相关issue: https://github.com/elastic/elasticsearch/issues/72724

相关PR：https://github.com/elastic/elasticsearch/pull/74219
Get Snapshot API如果指定了ignore_unavailable为true时，会把当前正在执行的所有快照都返回

相关issue: https://github.com/elastic/elasticsearch/issues/68090

相关PR：https://github.com/elastic/elasticsearch/pull/68091
在ILM中使用的AllocationDeciders，会忽略掉用户自定义的cluster level的routing allocation 配置，导致在某些场景下需要移动分片时把分片移动了到了错误的节点上。

相关issue: https://github.com/elastic/elasticsearch/issues/64529

相关PR：https://github.com/elastic/elasticsearch/pull/65037
在执行bulk写入时，如果body里指定了pipeline, 执行结果是错误的

在bulk写入时，如果有的请求带有ingest pipeline, 有的没有，那么执行结果就是完全乱序的，也就是文档内容和指定的docId对应不上。

相关issue: https://github.com/elastic/elasticsearch/issues/60437

相关PR：https://github.com/elastic/elasticsearch/pull/60818

二、使用方式类的问题记录

二进制字段如何设置mapping?

"mapping": {
  "type": "binary",
  "doc_values": "false",
  "norms": "false",
  "fielddata": "false",
  "store": "false"
}

对ip字段进行聚合，希望聚合结果返回每个ip的一条数据，该怎么实现？

先使用terms聚合，再使用top\_hits子聚合能达到目的，使用 collapse 配合 inner\_hits也可以实现

有一张消费明细表(一个人有多条消费记录)，首先想计算出一个人的总消费金额，然后想得到总消费大于500美金的所有人数，query DSL该怎么写？

    {
    "aggs":{
        "one":{
            "terms":{
                "field":"mobile_nbr"
            },
            "aggs":{
                "x":{
                    "sum":{
                        "field":"trans_amt"
                    }
                },
                "sum_bucket_filter":{
                    "bucket_selector":{
                        "buckets_path":{
                            "totalSum":"x"
                        },
                        "script":"params.totalSum > 500"
                    }
                }
            }
        },
        "stats_buckets":{
            "stats_bucket":{
                "buckets_path":"one.x"
            }
        }
    }
}

使用Logstash迁移ES的数据，简单的配置文件

    input {
        elasticsearch {
            hosts => ["http://x.x.x.x:9200"]
            index => "*"
            docinfo => true
        }
    }
    output {
        elasticsearch {
            hosts => ["http://x.x.x.x:9200"]
            index => "%{[@metadata][_index]}"
        }
    }

一个有用的脚本,用于追加netsted objects

    {
      "script": {
        "lang": "painless",
        "inline": " if (ctx._source.redu!=null) {ctx._source.redu.add(params.object);} else {Object[] temp= new Object[]{params.object};ctx._source.redu= temp;}",
        "params": {
          "object": {
            "visit_time": "2020-03-15 22:00:00",
            "visit_cnt": 1000,
            "visit_scene": 2
          }
        }
      }
    }

mustache小胡子脚本,用于把一个数组类型的字段复制到另外一个字段，高版本7.x可以使用set processor的copy_from，低版本不支持copy_from

    {
  "pipeline": {
    "processors": [
      {
        "set": {
          "field": "a",
          "value": "{{#b}}{{.}},{{/b}}"
        }
      },
      {
        "split": {
          "field": "a",
          "separator": ","
        }
      },
      {
        "convert": {
          "field": "a",
          "type": "integer"
        }
      }
    ]
  },
  "docs": [
    {
      "_source": {
        "b": [
          1,
          2
        ]
      }
    }
  ]
}

查询时对结果进行排序，如果文档的分值相同，需要返回顺序是随机的，可以通过script来进行处理

    {
      "_script": {
        "script": "Math.random()",
        "type": "number",
        "order": "asc"
      }
    }

取消reindex任务

    列出运行中的任务
    _tasks
    _tasks?nodes=nodeId1,nodeId2
    取消任务
    _tasks/node_id:task_id/_cancel
    取消重建索引任务
    _tasks/_cancel?nodes=nodeId1,nodeId2&action=*reindex

查看阻塞在队列中的索引

    GET  _tasks?pretty\&detailed  | grep description | awk -F 'index' '{print $2}' | sort | uniq -c | sort -n

cancel掉所有存量的查询，释放内存

    POST _tasks/_cancel?actions='indices:data/read/search*'

三、优化类的问题记录

在需要批量拉取聚合结果时，可以使用index sorting + composite 聚合来代替term 聚合，composite聚合可以根据排序优化聚合提前结束并且支持分页。
系统高阶内存不足导致的节点离线

image

线上某个写入量比较大的集群，不定时的会出现某个节点离线又加回集群的情况。经过定位发现是虚拟机高阶内存不足，导致网卡收发包异常。

es和Lucene 会大量使用堆外内存，在应用层面的内存分配都是申请的低阶内存（0阶、1阶），会将高阶内存（3阶及以上）逐步拆分用掉。而系统内核层面的网卡驱动会优先分配高阶内存，如果高阶内存不足会再尝试分配低阶内存，这个过程会有一定延时，可能导致节点短暂收发包异常，短暂脱离集群。当应用层面将高阶内存拆分申请完毕后，就会出现这一高阶内存不足的现象。系统会有内存整理的过程但是不会那么及时。

解决办法是通过设定系统参数预留系统内存：
```
echo %2的系统总内存（单位kb） > /proc/sys/vm/min_free_kbytes

echo 1 > /proc/sys/vm/compact_memory
```
es节点上TCP全连接队列参数设置，防止节点数大于100的这种的集群中，节点异常重启时全连接队列在启动瞬间打满，造成节点hung住，导致集群响应迟滞：
```
echo "net.ipv4.tcp_abort_on_overflow = 1" >>/etc/sysctl.conf
echo "net.core.somaxconn = 2048" >>/etc/sysctl.conf
```
查询时需要返回文档原文中的几个字段，从行存改为从列存读取，高压力查询场景性能可以提升 50%。从行存读取涉及到解压的开销，列存则可直接取对应字段的部分block，性能会更高：

查询body 中的取source 部分：
```
"_source": {
    "includes": [
      "a",
      "b",
      "c"
    ]
  } 
```
调整为从列存读取字段：
```
  "docvalue_fields":  [
      "a",
      "b",
      "c"
    ],
  "stored_fields": "_none_", // 关闭行存读取
```
部署es时磁盘挂载时的可选配置
- noatime：禁止记录访问时间戳，提高文件系统读写性能
- data=writeback：不记录data journal，提高文件系统写入性能
- barrier=0：barrier保证journal先于data刷到磁盘，上面关闭了journal，这里的barrier也就没必要开启了
- nobh：关闭buffer_head，防止内核打断大块数据的IO操作
四、原理咨询类的问题记录
为了满足查询时延，是不是索引的分片数设置的越少越好？

如果单次搜索的时延可以满足业务上的要求，可以设置索引为1分片多副本。如果时延过高，可以增加shard数量，代价是每次搜索的并发两增大，带来的额外开销更大，因而集群能支撑的峰值QPS可能会降低。原则上，在满足搜索时延的前提下，划分尽量少的分片数。

另外有一种场景划分更多的分片数是合理的，那就是集群大多数搜索都会用到某个字段做过滤，比如城市id。这个时候，可以用该字段做为routing_key，将相关联的数据route到某个或某几个(如果用到routing partition)shard。适当多划分一些分片，可以让单个分片上的数据集较小，搜素速度快，同时因为搜索不会hit所有的分片，规避了划分过多的分片带来的并发过高，以及需要汇总的数据过多引起的性能问题。
filter缓存的策略是怎么样的？

es会基于使用频次自动缓存查询。如果一个非评分查询在最近的 256 次查询中被使用过（次数取决于查询类型），那么这个查询就会作为缓存的候选。但是，并不是所有的segment都能保证缓存 bitset 。只有那些文档数量超过 10000 （或超过总文档数量的 3% )的segment才会缓存 bitset 。因为小的片段可以很快的进行搜索和合并。一旦缓存了，非评分计算的 bitset 会一直驻留在缓存中直到它被剔除。剔除规则是基于 LRU 的，一旦缓存满了，最近最少使用的过滤器会被剔除。
bool查询是如何计算得到文档的分值的？

以should子句为例，先运行should子句中的两个查询，然后把子句查询返回的分值相加，相加得到的分值乘以匹配的查询子句的数量，再除以总的查询子句的数量得到最终的分值。
查询时的tie_breaker参数的作用是什么？

tie_breaker参数会让dis_max查询的行为更像是dis_max和bool的一种折中。它会通过下面的方式改变分值计算过程：
- 取得最佳匹配查询子句的score
- 将其它每个匹配的子句的分值乘以tie_breaker
- 将以上得到的分值进行累加并规范化
  通过tie_breaker参数，所有匹配的子句都会起作用，只不过最佳匹配子句的作用更大。
min_score参数设置后，多次查询结果可能会不一致，因为查询primary shard和replica shard的结果可能不一致。
在plainless脚本中使用doc['field']取值和使用['_source']['field']取值有什么不同？

使用doc['field']取值会把字段field的所有term都加载到内存(并且会被缓存)，执行效率高，但是比较消耗内存，另外这种取值方式只能去简单类型的字段，不能对Object类型的字段取值；使用_source取值因为不会有缓存，所以每次都要把_source内容加载到内存并且解析，因此效率很低。推荐使doc['field']取值。
scroll api里的scroll参数的作用是保持search context, 但是只需要设置为处理一个批次所需的时间即可。scroll时会在merge操作时依然保留merge前的old segments，会带来存储上的开销以及需要更多文件描述符；search.max_open_scroll_context参数可以设置node上最大的context数量，默认无限制。scroll请求不会用到cache，因为使用cache在查询请求执行过程中会修改search context，会破坏掉scroll的context。
es 5.6以后在search api中加入了pre filter shards 逻辑，当要查询的shards数量超过128并且查询可能会被重写为MatchNoneQuery时，会进行pre filter，过滤掉shards，提高查询效率。在search时返回结果中的_shards.skipped表示了过滤掉了多少shard。
es默认使用的用于打分的bm2.5相似度算法中，计算idf的部分，log(docCount+1/docFreq+0.5), docCount的值是所有包含要查询的field的文档数量；docFreq是所有包含field value的文档数量。
es统计的索引大小是整个索引所占空间空间的大小，整个索引包括很多文件，比如tim词典，tip词典索引，pos位置信息，fdt存储字段信息（_source实际存储的文件），等等。es中"codec": "best_compression" ，是对fdt这个文件进行压缩，其他的是不会进行压缩的。
横向增加节点扩容时，不能搬迁已经close的索引到新的节点上, 需要先手动处理这种索引才可以。
fielddata是在堆内存的，docvalues是在堆外内存的；docvalues默认对所有not_analyzed字段开启(index时生成)，如果要对analyzed字段进行聚合，就要使用fielddata了(使用时把所有的数据全都加载进内存)。如果不需要对analyzed字段进行聚合，就可以降低堆内存的使用。
ES 写入异常流程总结：
- 如果请求在协调节点的路由阶段失败，则会等待集群状态更新，拿到更新后，进行重试，如果再次失败，则仍旧等集群状态更新，直至1分钟超时为止，超时后则进行整体请求失败处理
- 在主分片写入过程中，写入是阻塞的；只有写入成功，才会发起写副本请求；如果主分片写失败，则整个请求被认为处理失败；如果有部分副本分片写失败，则整个请求被认为是处理成功的，会在结果中返回多少个分片成功，多少个分片失败；
- 无论主分片还是副本分片，当写一个doc失败时，集群不会重试，而是关闭本地shard，然后向master汇报。
ES写入流程存在的一些问题：
- 副本分片写入过程重新写入数据，不能单纯复制数据，浪费计算能力，影响写入速度
- 磁盘管理能力较差，对坏盘检查和容忍性比HDFS差不少；在配置多次盘路径的情况下，有一块坏盘就无法启动节点。
ES在分布式上表现的一些特性：
- 数据可靠性：通过分片副本和事务日志保障数据安全
- 服务可用性：在可用性和一致性的取舍方面，默认ES更倾向于可用性，只要主分片可用即可执行写入操作
- 一致性：弱一致性？最终一致性？只要主分片写入成功，数据就能被读取
- 原子性：数据读写是原子操作，不会出现中间状态，但是bulk不是原子操作，不能用来实现事务
- 扩展性：主分片和副本分片都可以承担读请求，分担系统负载
腾讯云Elasticsearch有自研的熔断器，默认情况下当jvm old 区使用率超过85% ，拒绝写入；当jvm old 区使用率超过90% ，拒绝查询；日志报错有"pressure too high"字样; 详细介绍见https://cloud.tencent.com/document/product/845/56272。
term聚合，在High Cardinality下，性能越来越差的原因是什么？

字段唯一值非常多，对该字段进行terms聚合时需要构建Global Ordinals(内部实现)，对旧的索引只需构建一次也就是首次查询时构建一次，后续查询就可以直接使用缓存中的Global Ordinals; 而对持续写入的索引，每当底层segment发生变化时(有新数据写入导致产生新的Segment、Segment Merge), 就需要重新构建Global Ordinals，随着数据量的增大，字段的唯一值越来越多，构建Global Ordinals越来越慢，所以对持续写入的索引，聚合查询会越来越慢。

terms聚合查询使用的Global Ordinals是shard级别的，把字符串转为整型，目的是为了在聚合时降低内存的使用；最后再reduce阶段，也就是收集各个shard的聚合结果的时候并且汇总完毕后，再把整型转换为原始字符串。

当底层的Segment发生变化时，Global Ordinals就失效了，再次查询时就需要重新构建；默认的构建时机是search查询时，在6.x版本引入了eager_global_ordinals，把构建全局序数放在了index索引时，但是对index性能有一定影响。
es使用了CMS垃圾回收器，默认情况下JVM堆内存young区和old区的大小是多少？

JVM堆内存参数中用于控制young区和old区大小的参数如下：
```
* 最高优先级：  -XX:NewSize=1024m和-XX:MaxNewSize=1024m 
* 次高优先级：  -Xmn1024m  （默认等效效果是：-XX:NewSize==-XX:MaxNewSize==1024m） 
* 最低优先级：-XX:NewRatio=2 
```
es用的是CMS垃圾回收器，所以young区的大小是JVM根据系统的配置计算得到的，newRatio默认虽然为2但是不起作用;除非显式的配置-Xmn或者-XX:NewSize， young区大小的计算公式为：

const size_t preferred_max_new_size_unaligned =
    MIN2(max_heap/(NewRatio+1), ScaleForWordSize(young_gen_per_worker * parallel_gc_threads));

其中ScaleForWordSize大约为64M (64位机器)* (机器cpu核数) * 13 / 10

update操作不一定会触发refresh, 如果update的doc_id已经是可以被searcher检索到的，比如已经存在于某个segment里，就无需refresh。但是如果update的doc_id存在于index writter buffer里，还未refresh，典型的就是同一个bulk操作里写入了多个重复的id，实时GET就会触发refresh。
一般1 TB的磁盘数据，需要 2- 5GB 左右的 FST内存开销，这个只是FST的开销（常驻内存），一般FST占用50%左右的堆内内存。如果查询和写入压力稍微大一点，32GB Heap，内存很容易成为瓶颈。
zen2相比zen的优势？
- mininum_master_nodes被移除，es自己决定哪些节点作为candidate master nodes；而6.x版本的zen协议，可能会因为该参数配置错误导致集群无法选主，另外在扩缩容节点时也需要调整该参数
- 典型的主节点选举可以在1s内完成，相比6.x, es通过延迟几秒钟的时间再进行选举防止各种各样的配置错误，意味着有几秒钟的时间集群不可用
- 增长和缩小集群变得更安全，更容易，并且错误配置导致数据丢失的机会变少了。
- 点增加更多的记录状态的日志，帮助诊断无法加入集群或无法选举出主节点的原因
什么是adaptive replica selection？

默认情况下，ES的协调节点选择在处理查询请求时，对于有多个副本的某个分片，选择哪个分片进行查询，依据的准则1是shard allocation awareness，也就是和协调节点在同一个位置（location）的节点，比如协调节点在可用区1，那么如果可用区1有要查询的副本分片，则会优先选择可用区1的节点进行查询；依据的准则2是：
(1) 协调节点和候选节点之前查询的响应时间，响应时间越短，优先选择
(2) 之前的查询中，候选节点执行查询任务的处理时间(took time)，处理时间越短,优先选择
(3) 候选节点的查询队列，队列中查询任务越少，优先选择

adaptive replica selection旨在降低查询延迟，可以通过动态修改cluster.routing.use_adaptive_replica_selection配置为false关闭该特性，关闭之后，查询时将会采用round robin策略，可能会使得查询延迟增加。
es为什么不适用一致性hash做数据的sharding?

es使用简单的hash方式：hash(routing) % number_of_shards，实现起来较为简单，效率也更高。当需要扩展分片数量的时候，可以通过创建新索引+别名的方式解决。
为什么不用一致性hash？对es来说，底层的存储是lucene 的segment, 它的不可变特性造成了仅仅移动5%左右的文档到新的分片，代价就会很大(因为使用一致性hash需要考虑rehash，所以需要移动文档到新的分片)。所以通过创建新的分片数量更大的索引进行读写，实现要简单的多，不必考虑移动文档造成的系统资源开销。
ES在CAP理论上的实践：
- C是一致性：最终一致性，主分片写完后再写副本分片，可能存在主分片写完之后可读，副本分片还没有refresh读不到数据
- A是可用性：通过副本和translog保证数据可靠性
- P是分区容错性：master和data节点间互相ping，进行故障节点检测与恢复
在CAP三个特性上如何做折中？写数据时主分片写完之后，写副本分片时不要求所有的副本分片都能成功，在一致性与可用性上倾向于可用性。
es的读写模型相比原生的PacificA算法的区别
- Prepare阶段：PacificA中有Prepare阶段，保证数据在所有节点Prepare成功后才能Commit，保证Commit的数据不丢，ES中没有这个阶段，数据会直接写入。
- 读一致性：ES中所有InSync的Replica都可读，提高了读能力，但是可能读到旧数据。另一方面是即使只能读Primary，ES也需要Lease机制等避免读到Old Primary。因为ES本身是近实时系统，所以读一致性要求可能并不严格。
总结来讲，就是原生的PacificA算法具有两阶段提交的过程，ES并没有，数据会直接写入副本分片；ES中副本分片也是可以承担读请求的，因为ES本身设计之初是为了满足搜索场景，也是一个近实时系统，所以在读一致性上可能要求并不严格。

这份Elasticsearch 工作笔记，值得收藏

一、es内核bug类的问题记录

二、使用方式类的问题记录

三、优化类的问题记录

四、原理咨询类的问题记录

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