Elasticsearch 查询分析器简介

一、Elasticsearch 查询分析器概述

1.1 Elasticsearch 简介

Elasticsearch 是一个开源的分布式搜索和分析引擎，它提供了强大的查询和分析功能。它基于 Apache Lucene 构建，支持大规模数据的实时搜索，并具有高可用性和可扩展性。

1.2 查询分析器的作用

在 Elasticsearch 中，查询分析器负责处理用户搜索的输入，将文本进行分词并生成倒排索引。分析器在搜索过程中起到了关键作用，它们决定了搜索的准确性和效率。

二、查询分析器类型

2.1 Standard Analyzer

标准分析器是 Elasticsearch 默认的分析器，它使用了标准的分词器、小写转换器和停用词过滤器

// 创建查询分析器
Analyzer analyzer = new StandardAnalyzer();

// 使用查询分析器进行分词
String text = "Elasticsearch is a distributed, RESTful search and analytics engine.";
TokenStream tokenStream = analyzer.tokenStream(null, new StringReader(text));
CharTermAttribute termAttribute = tokenStream.addAttribute(CharTermAttribute.class);

// 遍历分词结果
tokenStream.reset();
while (tokenStream.incrementToken()) {
    System.out.println(termAttribute.toString());
}
tokenStream.end();
tokenStream.close();

2.2 Simple Analyzer

简单分析器将输入文本按照非字母字符进行分词，并将所有的词转换成小写

// 创建查询分析器
Analyzer analyzer = new SimpleAnalyzer();

// 使用查询分析器进行分词
String text = "Elasticsearch is a distributed, RESTful search and analytics engine.";
TokenStream tokenStream = analyzer.tokenStream(null, new StringReader(text));
CharTermAttribute termAttribute = tokenStream.addAttribute(CharTermAttribute.class);

// 遍历分词结果
tokenStream.reset();
while (tokenStream.incrementToken()) {
    System.out.println(termAttribute.toString());
}
tokenStream.end();
tokenStream.close();

2.3 Whitespace Analyzer

空格分析器根据空格进行分词，不进行任何其他处理

// 创建查询分析器
Analyzer analyzer = new WhitespaceAnalyzer();


// 使用查询分析器进行分词
String text = "Elasticsearch is a distributed, RESTful search and analytics engine.";
TokenStream tokenStream = analyzer.tokenStream(null, new StringReader(text));
CharTermAttribute termAttribute = tokenStream.addAttribute(CharTermAttribute.class);

// 遍历分词结果
tokenStream.reset();
while (tokenStream.incrementToken()) {
    System.out.println(termAttribute.toString());
}
tokenStream.end();
tokenStream.close();

2.4 Stop Analyzer

停用词分析器移除一些常见的英文停用词，例如 “a”, “the”, “is” 等

// 创建查询分析器，指定停用词列表
Analyzer analyzer = new StopAnalyzer(CharArraySet.EMPTY_SET);


// 使用查询分析器进行分词
String text = "Elasticsearch is a distributed, RESTful search and analytics engine.";
TokenStream tokenStream = analyzer.tokenStream(null, new StringReader(text));
CharTermAttribute termAttribute = tokenStream.addAttribute(CharTermAttribute.class);

// 遍历分词结果
tokenStream.reset();
while (tokenStream.incrementToken()) {
    System.out.println(termAttribute.toString());
}
tokenStream.end();
tokenStream.close();

2.5 Keyword Analyzer

关键词分析器将输入视为单个关键词，不进行分词和任何其他处理

// 创建查询分析器
Analyzer analyzer = new KeywordAnalyzer();


// 使用查询分析器进行分词
String text = "Elasticsearch is a distributed, RESTful search and analytics engine.";
TokenStream tokenStream = analyzer.tokenStream(null, new StringReader(text));
CharTermAttribute termAttribute = tokenStream.addAttribute(CharTermAttribute.class);

// 遍历分词结果
tokenStream.reset();
while (tokenStream.incrementToken()) {
    System.out.println(termAttribute.toString());
}
tokenStream.end();
tokenStream.close();

2.6 Pattern Analyzer

模式分析器根据正则表达式来分词，它将输入文本匹配正则表达式的部分作为词汇

// 创建查询分析器，指定正则表达式
Analyzer analyzer = new PatternAnalyzer(Pattern.compile("\\W+"), true, true);


// 使用查询分析器进行分词
String text = "Elasticsearch is a distributed, RESTful search and analytics engine.";
TokenStream tokenStream = analyzer.tokenStream(null, new StringReader(text));
CharTermAttribute termAttribute = tokenStream.addAttribute(CharTermAttribute.class);

// 遍历分词结果
tokenStream.reset();
while (tokenStream.incrementToken()) {
    System.out.println(termAttribute.toString());
}
tokenStream.end();
tokenStream.close();

2.7 语言分析器

语言分析器是针对不同语言的特定分析器，可以提供更好的分词和处理效果

2.7.1 English Analyzer

英语分析器基于英语特定的分词规则和处理方式

// 创建查询分析器
Analyzer analyzer = new EnglishAnalyzer();


// 使用查询分析器进行分词
String text = "Elasticsearch is a distributed, RESTful search and analytics engine.";
TokenStream tokenStream = analyzer.tokenStream(null, new StringReader(text));
CharTermAttribute termAttribute = tokenStream.addAttribute(CharTermAttribute.class);

// 遍历分词结果
tokenStream.reset();
while (tokenStream.incrementToken()) {
    System.out.println(termAttribute.toString());
}
tokenStream.end();
tokenStream.close();

2.7.2 Chinese Analyzer

中文分析器基于中文特定的分词规则和处理方式

// 创建查询分析器
Analyzer analyzer = new SmartChineseAnalyzer();

// 使用查询分析器进行分词
String text = "Elasticsearch is a distributed, RESTful search and analytics engine.";
TokenStream tokenStream = analyzer.tokenStream(null, new StringReader(text));
CharTermAttribute termAttribute = tokenStream.addAttribute(CharTermAttribute.class);

// 遍历分词结果
tokenStream.reset();
while (tokenStream.incrementToken()) {
    System.out.println(termAttribute.toString());
}
tokenStream.end();
tokenStream.close();

三、自定义查询分析器

3.1 自定义 Tokenizer

代码示例

import org.elasticsearch.index.analysis.Analyzer;
import org.elasticsearch.index.analysis.TokenizerFactory;

class CustomTokenizerFactory extends TokenizerFactory {

    public CustomTokenizerFactory(IndexSettings indexSettings, Environment environment, String name, Settings settings) {
        super(indexSettings, name, settings);
    }

    @Override
    public Tokenizer create() {
        // 在这里实现自定义的 tokenizer 逻辑
        return new CustomTokenizer();
    }
}

class CustomTokenizer implements Tokenizer {
    
    // 实现自定义 tokenizer 的逻辑
    
    @Override
    public Token next() throws IOException {
        // 返回下一个 token
    }
}

3.2 自定义 Filter

代码示例

import org.elasticsearch.index.analysis.TokenFilterFactory;

class CustomFilterFactory extends TokenFilterFactory {

    public CustomFilterFactory(IndexSettings indexSettings, Environment environment, String name, Settings settings) {
        super(indexSettings, name, settings);
    }

    @Override
    public TokenStream create(TokenStream tokenStream) {
        // 在这里实现自定义的 filter 逻辑
        return new CustomFilter(tokenStream);
    }
}

class CustomFilter extends TokenFilter {

    public CustomFilter(TokenStream tokenStream) {
        super(tokenStream);
    }

    @Override
    public Token next(Token reusableToken) throws IOException {
        // 实现自定义 filter 的逻辑
    }
}

3.3 自定义 Analyzer

代码示例

import org.elasticsearch.index.analysis.TokenFilterFactory;
import org.elasticsearch.index.analysis.TokenizerFactory;
import org.elasticsearch.index.analysis.Analyzer;
import org.elasticsearch.index.analysis.Tokenizer;

class CustomAnalyzerProvider extends AbstractIndexAnalyzerProvider<Analyzer> {

    private final Analyzer analyzer;

    public CustomAnalyzerProvider(IndexSettings indexSettings, Environment environment, String name, Settings settings) {
        super(indexSettings, name, settings);
        TokenizerFactory tokenizerFactory = new CustomTokenizerFactory(indexSettings, environment, name, settings);
        TokenFilterFactory tokenFilterFactory = new CustomFilterFactory(indexSettings, environment, name, settings);
        this.analyzer = new CustomAnalyzer(tokenizerFactory, tokenFilterFactory);
    }

    @Override
    public Analyzer get() {
        return this.analyzer;
    }
}

class CustomAnalyzer extends Analyzer {

    private final TokenizerFactory tokenizerFactory;
    private final TokenFilterFactory tokenFilterFactory;

    public CustomAnalyzer(TokenizerFactory tokenizerFactory, TokenFilterFactory tokenFilterFactory) {
        this.tokenizerFactory = tokenizerFactory;
        this.tokenFilterFactory = tokenFilterFactory;
    }

    @Override
    protected TokenStreamComponents createComponents(String fieldName) {
        Tokenizer tokenizer = tokenizerFactory.create();
        TokenStream tokenStream = tokenFilterFactory.create(tokenizer);

        return new TokenStreamComponents(tokenizer, tokenStream);
    }
}

3.4 使用自定义 Analyzer

代码示例

import org.elasticsearch.index.query.QueryBuilders;
import org.elasticsearch.action.search.SearchResponse;
import org.elasticsearch.client.transport.TransportClient;
import org.elasticsearch.common.transport.TransportAddress;
import org.elasticsearch.common.settings.Settings;
import org.elasticsearch.common.transport.InetSocketTransportAddress;
import org.elasticsearch.index.query.QueryBuilder;

// 创建 TransportClient
Settings settings = Settings.builder()
        .put("cluster.name", "your_cluster_name")
        .build();
TransportClient client = new PreBuiltTransportClient(settings);

// 添加节点地址
client.addTransportAddress(new InetSocketTransportAddress(new InetSocketAddress("your_host_name", 9300)));

// 创建自定义 Analyzer 查询
QueryBuilder query = QueryBuilders.matchQuery("your_field", "your_query_text")
        .analyzer("your_custom_analyzer");

// 执行搜索操作
SearchResponse response = client.prepareSearch("your_index_name")
        .setQuery(query)
        .execute()
        .actionGet();

四、常见使用场景

4.1 模糊搜索

模糊搜索，是指根据用户提供的关键词在搜索时进行近似匹配，而非完全精确匹配。在 Elasticsearch 中，可以使用 Fuzzy Query 实现模糊搜索。

SearchSourceBuilder searchSourceBuilder = new SearchSourceBuilder();
QueryBuilder queryBuilder = QueryBuilders.fuzzyQuery("field", "keyword")
    .fuzziness(Fuzziness.AUTO)
    .prefixLength(3)
    .maxExpansions(10);
searchSourceBuilder.query(queryBuilder);
SearchRequest searchRequest = new SearchRequest("index");
searchRequest.source(searchSourceBuilder);
SearchResponse searchResponse = client.search(searchRequest, RequestOptions.DEFAULT);

• field 是需要进行模糊搜索的字段名称。
• keyword 是用户提供的关键词。
• fuzziness 参数指定了模糊匹配的程度，Fuzziness.AUTO 表示自动选择最佳匹配程度。
• prefixLength 参数指定了模糊匹配时前缀的最小长度。
• maxExpansions 参数指定了在扩展搜索条件时的最大扩展次数。

4.2 细粒度搜索

细粒度搜索，是指根据用户提供的关键词进行精确匹配，包括前缀匹配、通配符匹配和正则表达式匹配。

4.2.1 前缀匹配

前缀匹配，是指根据用户提供的关键词匹配字段值的前缀。在 Elasticsearch 中，可以使用 Prefix Query 实现前缀匹配。

SearchSourceBuilder searchSourceBuilder = new SearchSourceBuilder();
QueryBuilder queryBuilder = QueryBuilders.prefixQuery("field", "prefix");
searchSourceBuilder.query(queryBuilder);
SearchRequest searchRequest = new SearchRequest("index");
searchRequest.source(searchSourceBuilder);
SearchResponse searchResponse = client.search(searchRequest, RequestOptions.DEFAULT);

• field 是需要进行前缀匹配的字段名称。
• prefix 是用户提供的前缀关键词。

4.2.2 通配符匹配

通配符匹配，是指根据用户提供的带有通配符的关键词进行匹配。在 Elasticsearch 中，可以使用 Wildcard Query 实现通配符匹配。

SearchSourceBuilder searchSourceBuilder = new SearchSourceBuilder();
QueryBuilder queryBuilder = QueryBuilders.wildcardQuery("field", "keyword*");
searchSourceBuilder.query(queryBuilder);
SearchRequest searchRequest = new SearchRequest("index");
searchRequest.source(searchSourceBuilder);
SearchResponse searchResponse = client.search(searchRequest, RequestOptions.DEFAULT);

• field 是需要进行通配符匹配的字段名称。
• keyword* 是用户提供的带有通配符的关键词，* 表示匹配任意多个字符。

4.2.3 正则表达式匹配

正则表达式匹配，是指根据用户提供的正则表达式进行匹配。在 Elasticsearch 中，可以使用 Regexp Query 实现正则表达式匹配。

SearchSourceBuilder searchSourceBuilder = new SearchSourceBuilder();
QueryBuilder queryBuilder = QueryBuilders.regexpQuery("field", "regex");
searchSourceBuilder.query(queryBuilder);
SearchRequest searchRequest = new SearchRequest("index");
searchRequest.source(searchSourceBuilder);
SearchResponse searchResponse = client.search(searchRequest, RequestOptions.DEFAULT);

• field 是需要进行正则表达式匹配的字段名称。
• regex 是用户提供的正则表达式。

4.3 多语言搜索

多语言搜索，是指根据用户提供的关键词进行跨语言的搜索。在 Elasticsearch 中，可以使用 MultiMatch Query 实现多语言搜索。

SearchSourceBuilder searchSourceBuilder = new SearchSourceBuilder();
QueryBuilder queryBuilder = QueryBuilders.multiMatchQuery("keyword", "field1", "field2");
searchSourceBuilder.query(queryBuilder);
SearchRequest searchRequest = new SearchRequest("index");
searchRequest.source(searchSourceBuilder);
SearchResponse searchResponse = client.search(searchRequest, RequestOptions.DEFAULT);

• keyword 是用户提供的关键词。
• field1 和 field2 是需要进行搜索的字段名称列表。

4.4 数据清理和标准化

数据清理和标准化，是指对用户提供的关键词进行处理，使其符合特定规范，以便更好地匹配。在 Elasticsearch 中，可以使用 Analyzers 和 Tokenizers 实现数据清理和标准化。

String keyword = "原始关键词";
AnalyzeRequest analyzeRequest = AnalyzeRequest.withGlobalAnalyzer("index", keyword);
AnalyzeResponse analyzeResponse = client.indices().analyze(analyzeRequest, RequestOptions.DEFAULT);
List<AnalyzeResponse.AnalyzeToken> tokens = analyzeResponse.getTokens();
for (AnalyzeResponse.AnalyzeToken token : tokens) {
    System.out.println(token.getTerm());
}

• keyword 是用户提供的原始关键词。
• index 是需要进行数据清理和标准化的索引名称。

以上就是 Elasticsearch 查询分析器的简要介绍以及常见使用场景的示例代码。通过这些查询类型和数据处理功能，可以实现高效、准确的搜索和分析。

五、调试和性能优化

5.1 分析 Query Parsing 过程

在 Elasticsearch 中，查询的解析过程是将查询字符串转换为查询对象的过程。为了分析查询解析过程，可以使用 Elasticsearch 的 SearchRequest 对象的 source 方法来传递搜索请求的源代码。

SearchRequest searchRequest = new SearchRequest("your_index");
SearchSourceBuilder sourceBuilder = new SearchSourceBuilder();
sourceBuilder.query(QueryBuilders.matchQuery("field_name", "search_query"));
searchRequest.source(sourceBuilder);

5.2 使用 Explain API 来查看匹配细节

对于调试和查看查询的匹配细节，可以使用 Elasticsearch 的 Explain API。Explain API 接受一个搜索请求并返回与该请求匹配的文档，以及有关如何计算匹配度的详细信息。

ExplainRequest explainRequest = new ExplainRequest("your_index");
SearchSourceBuilder sourceBuilder = new SearchSourceBuilder();
sourceBuilder.query(QueryBuilders.matchQuery("field_name", "search_query"));
explainRequest.source(sourceBuilder);

5.3 性能测试和优化

性能测试是评估 Elasticsearch 集群查询性能的一种方法。可以使用 Elasticsearch 的搜索 Profile 来帮助识别潜在的性能问题。

SearchRequest searchRequest = new SearchRequest("your_index");
SearchSourceBuilder sourceBuilder = new SearchSourceBuilder();
sourceBuilder.query(QueryBuilders.matchQuery("field_name", "search_query"));
sourceBuilder.profile(true);
searchRequest.source(sourceBuilder);

除了性能测试，还可以使用 Elasticsearch 的 Warmers 来优化搜索性能。Warmers 是一种预热索引的机制，它可以事先计算某些搜索的结果并缓存这些结果，以提高后续的搜索性能。

PutWarmersRequest putWarmersRequest = new PutWarmersRequest("your_index");
SearchSourceBuilder sourceBuilder = new SearchSourceBuilder();
sourceBuilder.query(QueryBuilders.matchQuery("field_name", "search_query"));
SearchRequest searchRequest = new SearchRequest("your_index");
searchRequest.source(sourceBuilder);
putWarmersRequest.addWarmers("your_warmer", searchRequest);