Spring Cloud学习（九）【Elasticsearch 分布式搜索引擎01】

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初识 elasticsearch

了解 ES

Elasticsearch 是一款非常强大的开源搜索引擎，可以帮助我们从海量数据中快速找到需要的内容。

elasticsearch 结合 kibana、Logstash、Beats，也就是 elastic stack（ELK）。被广泛应用在日志数据分析、实时监控等领域。

elasticsearch 是 elastic stack 的核心，负责存储、搜索、分析数据。

Lucene是一个Java语言的搜索引擎类库，是Apache公司的顶级项目，由DougCutting于1999年研发。官网地址：https://lucene.apache.org/ 。

Lucene的优势：

• 易扩展
• 高性能（基于倒排索引）

Lucene的缺点：

• 只限于Java语言开发
• 学习曲线陡峭
• 不支持水平扩展

2004年Shay Banon基于Lucene开发了Compass
2010年Shay Banon 重写了Compass，取名为Elasticsearch。
官网地址: https://www.elastic.co/cn/

目前最新的版本是：7.12.1
相比与lucene，elasticsearch具备下列优势：

• 支持分布式，可水平扩展
• 提供Restful接口，可被任何语言调用

搜索引擎技术排名：

1. Elasticsearch：开源的分布式搜索引擎
2. Splunk：商业项目
3. Solr：Apache的开源搜索引擎

什么是 elasticsearch？

• 一个开源的分布式搜索引擎，可以用来实现搜索、日志统计、分析、系统监控等功能

什么是 elastic stack（ELK）？

• 是以elasticsearch为核心的技术栈，包括beats、Logstash、kibana、elasticsearch

什么是 Lucene？

• 是Apache的开源搜索引擎类库，提供了搜索引擎的核心API

倒排索引

传统数据库（如MySQL）采用正向索引，例如给下表（tb_goods）中的id创建索引：

正向索引和倒排索引

elasticsearch采用倒排索引：

• 文档（document）：每条数据就是一个文档
• 词条（term）：文档按照语义分成的词语

posting list

倒排索引中包含两部分内容：

• 词条词典（Term Dictionary）：记录所有词条，以及词条与倒排列表（Posting List）之间的关系，会给词条创建索引，提高查询和插入效率
• 倒排列表（Posting List）：记录词条所在的文档id、词条出现频率 、词条在文档中的位置等信息
  • 文档id：用于快速获取文档
  • 词条频率（TF）：文档在词条出现的次数，用于评分

什么是文档和词条？

• 每一条数据就是一个文档
• 对文档中的内容分词，得到的词语就是词条

什么是正向索引？

• 基于文档id创建索引。查询词条时必须先找到文档，而后判断是否包含词条

什么是倒排索引？

• 对文档内容分词，对词条创建索引，并记录词条所在文档的信息。查询时先根据词条查询到文档id，而后获取到文档

ES 的一些概念

文档

elasticsearch是面向文档存储的，可以是数据库中的一条商品数据，一个订单信息。
文档数据会被序列化为json格式后存储在elasticsearch中。

索引（index）：相同类型的文档的集合
映射（mapping）：索引中文档的字段约束信息，类似表的结构约束

概念对比

架构

Mysql：擅长事务类型操作，可以确保数据的安全和一致性
Elasticsearch：擅长海量数据的搜索、分析、计算

文档：一条数据就是一个文档，es中是Json格式
字段：Json文档中的字段
索引：同类型文档的集合
映射：索引中文档的约束，比如字段名称、类型
elasticsearch与数据库的关系：

• 数据库负责事务类型操作
• elasticsearch 负责海量数据的搜索、分析、计算

安装es、kibana

安装elasticsearch

部署单点es

因为我们还需要部署kibana容器，因此需要让es和kibana容器互联。这里先创建一个网络：

docker network create es-net

加载镜像

通过 docker pull 命令拉取

elasticsearch

docker pull elasticsearch:7.16.2

arm linux

docker pull arm64v8/elasticsearch:7.16.2

kibana

docker pull kibana:7.16.2

运行

运行docker命令，部署单点es：

docker run -d \
	--name es \
    -e "ES_JAVA_OPTS=-Xms512m -Xmx512m" \
    -e "discovery.type=single-node" \
    -v es-data:/usr/share/elasticsearch/data \
    -v es-plugins:/usr/share/elasticsearch/plugins \
    --privileged \
    --network es-net \
    -p 9200:9200 \
    -p 9300:9300 \
elasticsearch:7.16.2

命令解释：

• -e "cluster.name=es-docker-cluster"：设置集群名称
• -e "http.host=0.0.0.0"：监听的地址，可以外网访问
• -e "ES_JAVA_OPTS=-Xms512m -Xmx512m"：内存大小
• -e "discovery.type=single-node"：非集群模式
• -v es-data:/usr/share/elasticsearch/data：挂载逻辑卷，绑定es的数据目录
• -v es-logs:/usr/share/elasticsearch/logs：挂载逻辑卷，绑定es的日志目录
• -v es-plugins:/usr/share/elasticsearch/plugins：挂载逻辑卷，绑定es的插件目录
• --privileged：授予逻辑卷访问权
• --network es-net ：加入一个名为es-net的网络中
• -p 9200:9200：端口映射配置

在浏览器中输入：http://10.211.55.6:9200 即可看到elasticsearch的响应结果：

部署kibana

kibana可以给我们提供一个elasticsearch的可视化界面，便于我们学习。

1. 部署

运行docker命令，部署kibana

docker run -d \
--name kibana \
-e ELASTICSEARCH_HOSTS=http://es:9200 \
--network=es-net \
-p 5601:5601  \
kibana:7.16.2

• --network es-net ：加入一个名为es-net的网络中，与elasticsearch在同一个网络中
• -e ELASTICSEARCH_HOSTS=http://es:9200"：设置elasticsearch的地址，因为kibana已经与elasticsearch在一个网络，因此可以用容器名直接访问elasticsearch
• -p 5601:5601：端口映射配置

kibana启动一般比较慢，需要多等待一会，可以通过命令：

docker logs -f kibana

查看运行日志，当查看到下面的日志，说明成功：

此时，在浏览器输入地址访问：http://10.211.55.6:5601，即可看到结果

2. DevTools

kibana 中提供了一个DevTools界面：

这个界面中可以编写DSL来操作elasticsearch。并且对DSL语句有自动补全功能。

分词器

es在创建倒排索引时需要对文档分词；在搜索时，需要对用户输入内容分词。但默认的分词规则对中文处理并不友好。
我们在kibana的DevTools中测试：

POST /_analyze
{
  "text": "java学习中，勿扰？程序员", 
  "analyzer": "standard"
}

语法说明：

• POST：请求方式
• /_analyze：请求路径，这里省略了http://10.211.55.6/:9200，有kibana帮我们补充
• 请求参数，json风格：
  • analyzer：分词器类型，这里是默认的standard分词器
  • text：要分词的内容

安装IK分词器

处理中文分词，一般会使用IK分词器。https://github.com/medcl/elasticsearch-analysis-ik

在线安装ik插件

# 进入容器内部
docker exec -it elasticsearch /bin/bash

# 在线下载并安装
./bin/elasticsearch-plugin  install https://github.com/medcl/elasticsearch-analysis-ik/releases/download/v7.12.1/elasticsearch-analysis-ik-7.12.1.zip

#退出
exit
#重启容器
docker restart elasticsearch

离线安装ik插件

1）查看数据卷目录

安装插件需要知道 elasticsearch 的 plugins 目录位置，而我们用了数据卷挂载，因此需要查看 elasticsearch 的数据卷目录，通过下面命令查看:

docker volume inspect es-plugins

显示结果：

[
    {
        "CreatedAt": "2023-11-17T15:52:19+08:00",
        "Driver": "local",
        "Labels": null,
        "Mountpoint": "/var/lib/docker/volumes/es-plugins/_data",
        "Name": "es-plugins",
        "Options": null,
        "Scope": "local"
    }
]

说明plugins目录被挂载到了：/var/lib/docker/volumes/es-plugins/_data 这个目录中。

2）解压缩分词器安装包

把ik分词器解压缩，重命名为ik

3）上传到es容器的插件数据卷中

也就是/var/lib/docker/volumes/es-plugins/_data

4）重启容器

# 4、重启容器
docker restart es

# 查看es日志
docker logs -f es

5）测试

IK分词器包含两种模式：

• ik_smart：最少切分

• ik_max_word：最细切分

POST /_analyze
{
  "text": "java学习中，勿扰？程序员", 
  "analyzer": "ik_max_word"
}

结果

{
  "tokens" : [
    {
      "token" : "java",
      "start_offset" : 0,
      "end_offset" : 4,
      "type" : "ENGLISH",
      "position" : 0
    },
    {
      "token" : "学习",
      "start_offset" : 4,
      "end_offset" : 6,
      "type" : "CN_WORD",
      "position" : 1
    },
    {
      "token" : "中",
      "start_offset" : 6,
      "end_offset" : 7,
      "type" : "CN_CHAR",
      "position" : 2
    },
    {
      "token" : "勿扰",
      "start_offset" : 8,
      "end_offset" : 10,
      "type" : "CN_WORD",
      "position" : 3
    },
    {
      "token" : "程序员",
      "start_offset" : 11,
      "end_offset" : 14,
      "type" : "CN_WORD",
      "position" : 4
    },
    {
      "token" : "程序",
      "start_offset" : 11,
      "end_offset" : 13,
      "type" : "CN_WORD",
      "position" : 5
    },
    {
      "token" : "员",
      "start_offset" : 13,
      "end_offset" : 14,
      "type" : "CN_CHAR",
      "position" : 6
    }
  ]
}

ik分词器-拓展词库

要拓展ik分词器的词库，只需要修改一个ik分词器目录中的 config 目录中的IkAnalyzer.cfg.xml 文件：

然后在名为 ext.dic 的文件中，添加想要拓展的词语即可：

要禁用某些敏感词条，只需要修改一个ik分词器 目录中的 config 目录中的IkAnalyzer.cfg.xml 文件：

然后在名为 stopword.dic 的文件中，添加想要拓展的词语即可：

分词器的作用是什么？

• 创建倒排索引时对文档分词
• 用户搜索时，对输入的内容分词

IK分词器有几种模式？

• ik_smart：智能切分，粗粒度
• ik_max_word：最细切分，细粒度

IK分词器如何拓展词条？如何停用词条？

• 利用config目录的IkAnalyzer.cfg.xml文件添加拓展词典和停用词典
• 在词典中添加拓展词条或者停用词条

索引库操作

mapping 映射属性

mapping是对索引库中文档的约束，常见的mapping属性包括：

• type：字段数据类型，常见的简单类型有：
  • 字符串：text（可分词的文本）、keyword（精确值，例如：品牌、国家、ip地址）
  • 数值：long、integer、short、byte、double、float、
  • 布尔：boolean
  • 日期：date
  • 对象：object
• index：是否创建索引，默认为true
• analyzer：使用哪种分词器
• properties：该字段的子字段

mapping常见属性有哪些？

• type：数据类型
• index：是否索引
• analyzer：分词器
• properties：子字段

type常见的有哪些？

• 字符串：text、keyword
• 数字：long、integer、short、byte、double、float
• 布尔：boolean
• 日期：date
• 对象：object

索引库的 CRUD

ES中通过Restful请求操作索引库、文档。请求内容用DSL语句来表示。创建索引库和mapping的DSL语法如下：

# 创建索引库
PUT /wxx
{
  "mappings": {
    "properties": {
      "info": {
        "type": "text",
        "analyzer": "ik_smart"
      },
      "email": {
        "type": "keyword",
        "index": false
      },
      "name": {
        "type": "object",
        "properties": {
          "firstName": {
            "type": "keyword"
          },
          "lastName": {
            "type": "keyword"
          }
        }
      }
    }
  }
}

查看索引库语法：

GET /索引库名 

示例：

GET /wxx

删除索引库的语法：

DELETE /索引库名 

示例：

DELETE /wxx

修改索引库

索引库和mapping一旦创建无法修改，但是可以添加新的字段，语法如下：

PUT /索引库名/_mapping
{
  "properties": {
    "新字段名":{
      "type": "integer"
    }
  }
}

示例：

PUT /wxx/_mapping
{
  "properties": {
    "age":{
      "type": "integer"
    }
  }
}

索引库操作有哪些？

• 创建索引库：PUT /索引库名
• 查询索引库：GET /索引库名
• 删除索引库：DELETE /索引库名
• 添加字段：PUT /索引库名/_mapping

文档操作

添加文档

新增文档的 DSL 语法如下：

查看、删除文档

查看文档语法：

GET /索引库名/_doc/文档id 

示例：

GET /wxx/_doc/文档id 

删除索引库的语法：

DELETE /索引库名/_doc/文档id 

示例：

DELETE /wxx/_doc/文档id 

修改文档

方式一：全量修改，会删除旧文档，添加新文档

方式二：增量修改，修改指定字段值

文档操作有哪些？

• 创建文档：POST /索引库名/_doc/文档id { json文档 }
• 查询文档：GET /索引库名/_doc/文档id
• 删除文档：DELETE /索引库名/_doc/文档id
• 修改文档：
  • 全量修改：PUT /索引库名/_doc/文档id { json文档 }
  • 增量修改：POST /索引库名/_update/文档id { “doc”: {字段}}

Dynamic Mapping

当我们向ES中插入文档时，如果文档中字段没有对应的mapping，ES会帮助我们字段设置mapping，规则如下：

我们插入一条新的数据，其中包含4个没有mapping的字段：

• 插入文档时，es会检查文档中的字段是否有mapping，如果没有则按照默认mapping规则来创建索引。
• 如果默认mapping规则不符合你的需求，一定要自己设置字段mapping

RestClient 操作索引库

什么是RestClient

ES官方提供了各种不同语言的客户端，用来操作ES。这些客户端的本质就是组装DSL语句，通过http请求发送给ES。官方文档地址：https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/client/index.html

利用JavaRestClient实现创建、删除索引库，判断索引库是否存在

根据课前资料提供的酒店数据创建索引库，索引库名为hotel，mapping属性根据数据库结构定义。
基本步骤如下：

1. 导入课前资料Demo
2. 分析数据结构，定义mapping属性
3. 初始化JavaRestClient
4. 利用JavaRestClient创建索引库
5. 利用JavaRestClient删除索引库
6. 利用JavaRestClient判断索引库是否存在

DROP TABLE IF EXISTS `tb_hotel`;
CREATE TABLE `tb_hotel`  (
  `id` bigint(20) NOT NULL COMMENT '酒店id',
  `name` varchar(255) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_general_ci NOT NULL COMMENT '酒店名称',
  `address` varchar(255) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_general_ci NOT NULL COMMENT '酒店地址',
  `price` int(10) NOT NULL COMMENT '酒店价格',
  `score` int(2) NOT NULL COMMENT '酒店评分',
  `brand` varchar(32) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_general_ci NOT NULL COMMENT '酒店品牌',
  `city` varchar(32) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_general_ci NOT NULL COMMENT '所在城市',
  `star_name` varchar(16) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_general_ci NULL DEFAULT NULL COMMENT '酒店星级，1星到5星，1钻到5钻',
  `business` varchar(255) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_general_ci NULL DEFAULT NULL COMMENT '商圈',
  `latitude` varchar(32) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_general_ci NOT NULL COMMENT '纬度',
  `longitude` varchar(32) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_general_ci NOT NULL COMMENT '经度',
  `pic` varchar(255) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_general_ci NULL DEFAULT NULL COMMENT '酒店图片',
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB CHARACTER SET = utf8mb4 COLLATE = utf8mb4_general_ci ROW_FORMAT = Compact;

步骤1：导入课前资料Demo

首先导入课前资料提供的数据库数据：

然后导入课前资料提供的项目:

步骤2：分析数据结构

mapping要考虑的问题：
字段名、数据类型、是否参与搜索、是否分词、如果分词，分词器是什么？

ES中支持两种地理坐标数据类型：

• geo_point：由纬度（latitude）和经度（longitude）确定的一个点。例如：“32.8752345, 120.2981576”
• geo_shape：有多个geo_point组成的复杂几何图形。例如一条直线，“LINESTRING (-77.03653 38.897676, -77.009051 38.889939)”

字段拷贝可以使用copy_to属性将当前字段拷贝到指定字段。示例：

步骤3：初始化JavaRestClient

1. 引入es的RestHighLevelClient依赖：

<dependency>
    <groupId>org.elasticsearch.clientgroupId>
    <artifactId>elasticsearch-rest-high-level-clientartifactId>
dependency>

2. 因为SpringBoot默认的ES版本是7.6.2，所以我们需要覆盖默认的ES版本：

<properties>
	<java.version>1.8java.version>
	<elasticsearch.version>7.16.2elasticsearch.version>
properties>

3. 初始化RestHighLevelClient：

this.client = new RestHighLevelClient(RestClient.builder(
	HttpHost.create("http://10.211.55.6:9200")
));

创建索引库

步骤4：创建索引库

@Test
void testCreateHotelIndex() throws IOException {
    // 1. 创建Request对象
    CreateIndexRequest request = new CreateIndexRequest("hotel");
    // 2. 准备请求参数：DSL语句
    request.source(HotelConstants.MAPPING_TEMPLATE, XContentType.JSON);
    // 3. 发送请求
    client.indices().create(request, RequestOptions.DEFAULT);
}

# 酒店的mapping
PUT /hotel
{
  "mappings": {
    "properties": {
      "all": {
        "type": "text",
        "analyzer": "ik_max_word"
      },
      "id": {
        "type": "keyword"
      },
      "name": {
        "type": "text",
        "analyzer": "ik_max_word",
        "copy_to": "all"
      },
      "address": {
        "type": "keyword",
        "index": false
      },
      "price": {
        "type": "integer"
      },
      "score": {
        "type": "integer"
      },
      "brand": {
        "type": "keyword",
        "copy_to": "all"
      },
      "city": {
        "type": "keyword"
      },
      "starName": {
        "type": "keyword"
      },
      "business": {
        "type": "keyword",
        "copy_to": "all"
      },
      "location": {
        "type": "geo_point"
      },
      "pic": {
        "type": "keyword",
        "index": false
      }
    }
  }
}

删除索引库

步骤5：删除索引库、判断索引库是否存在

删除索引库代码如下：

判断索引库是否存在

判断索引库是否存在

索引库操作的基本步骤：

• 初始化RestHighLevelClient
• 创建XxxIndexRequest。XXX是Create、Get、Delete
• 准备DSL（ Create时需要）
• 发送请求。调用RestHighLevelClient#indices().xxx()方法，xxx是create、exists、delete

RestClient操作文档

利用JavaRestClient实现文档的CRUD

去数据库查询酒店数据，导入到hotel索引库，实现酒店数据的CRUD。
基本步骤如下：

1. 初始化JavaRestClient
2. 利用JavaRestClient新增酒店数据
3. 利用JavaRestClient根据id查询酒店数据
4. 利用JavaRestClient删除酒店数据
5. 利用JavaRestClient修改酒店数据

新增文档

步骤1：初始化JavaRestClient

新建一个测试类，实现文档相关操作，并且完成JavaRestClient的初始化

步骤2：添加酒店数据到索引库

先查询酒店数据，然后给这条数据创建倒排索引，即可完成添加：

@SpringBootTest
public class HotelDocumentTest {

    @Autowired
    private IHotelService hotelService;

    private RestHighLevelClient client;

    @Test
    void testInit(){
        System.out.println(client);
    }

    @Test
    void testAddDocument() throws IOException {
        // 根据 id 查询酒店数据
        Hotel hotel = hotelService.getById(38665L);
        // 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);
    }

    @BeforeEach
    void setUp(){
        this.client = new RestHighLevelClient(RestClient.builder(
                HttpHost.create("http://10.211.55.6:9200")
        ));
    }

    @AfterEach
    void tearDown() throws IOException {
        this.client.close();
    }
}

运行后查看是否添加成功

查询文档

步骤3：根据id查询酒店数据

根据id查询到的文档数据是json，需要反序列化为java对象：

修改文档

步骤4：根据id修改酒店数据

修改文档数据有两种方式：
方式一：全量更新。再次写入id一样的文档，就会删除旧文档，添加新文档
方式二：局部更新。只更新部分字段，我们演示方式二

删除文档

步骤5：根据id删除文档数据

删除文档代码如下：

文档操作的基本步骤：

• 初始化RestHighLevelClient
• 创建XxxRequest。XXX是Index、Get、Update、Delete
• 准备参数（Index和Update时需要）
• 发送请求。调用RestHighLevelClient#.xxx()方法，xxx是index、get、update、delete
• 解析结果（Get时需要）

批量导入文档

利用JavaRestClient批量导入酒店数据到ES

需求：批量查询酒店数据，然后批量导入索引库中
思路：

1. 利用mybatis-plus查询酒店数据
2. 将查询到的酒店数据（Hotel）转换为文档类型数据（HotelDoc）
3. 利用JavaRestClient中的Bulk批处理，实现批量新增文档，示例代码如下

@Test
    void testBulkRequest() throws IOException {

        // 批量查询酒店数据
        List<Hotel> hotels = hotelService.list();

        // 1. 创建 Request
        BulkRequest request = new BulkRequest();

        // 2. 准备参数，添加多个新增的Request
        for (Hotel hotel : hotels) {
            // 转换为文档类型 HotelDoc
            HotelDoc hotelDoc = new HotelDoc(hotel);
            // 创建新增文档的Request对象
            request.add(new IndexRequest("hotel")
                    .id(hotelDoc.getId().toString())
                    .source(JSON.toJSONString(hotelDoc), XContentType.JSON));
        }

        // 3. 发送请求
        client.bulk(request, RequestOptions.DEFAULT);
    }