ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)

文章目录

  • ElasticSearch分布式搜索引擎
  • 1.了解ES
    • ELK技术栈
    • elasticsearch和lucene
    • 为什么不是其他搜索技术?
    • 总结
    • 倒排索引
      • 正向索引
      • 倒排索引
      • 正向和倒排
    • es的一些概念
      • 文档和字段
      • 索引和映射
      • mysql与elasticsearch
  • 2.安装elasticsearch
    • 1.部署单点es
      • 1.1.创建网络
      • 1.2.拉取镜像
      • 1.3.运行
    • 2.部署kibana
      • 2.1拉取镜像
      • 2.2.部署
      • 2.3.DevTools
    • 3.安装IK分词器
      • 3.1.在线安装ik插件(较慢)
      • 3.2.离线安装ik插件(推荐)
        • 1)查看数据卷目录
        • 2)解压缩分词器安装包
        • 3)上传到es容器的插件数据卷中
        • 4)重启容器
        • 5)测试:
      • 3.3 扩展词词典
      • 3.4 停用词词典
  • 3.索引库操作
    • mapping映射属性
    • 索引库的CRUD
      • 创建索引库和映射
      • 查询索引库
      • 修改索引库
      • 删除索引库
      • 总结
  • 4.文档操作
    • 新增文档
    • 查询文档
    • 删除文档
    • 修改文档
      • 全量修改
      • 增量修改
    • 总结
  • 5.RestAPI
    • 4.0.导入Demo工程
      • 导入数据
      • mapping映射分析
      • 初始化RestClient
    • 创建索引库
      • 代码解读
      • 完整示例
    • 删除索引库
    • 判断索引库是否存在
    • 总结
  • 6.RestClient操作文档
    • 新增文档
      • 索引库实体类
      • 语法说明
      • 完整代码
    • 查询文档
      • 语法说明
      • 完整代码
    • 删除文档
    • 修改文档
      • 语法说明
      • 完整代码
    • 批量导入文档
      • 语法说明
      • 完整代码
    • 小结
  • 7.DSL查询文档
    • DSL查询分类
    • 全文检索查询
      • 使用场景
      • 基本语法
      • 总结
    • 精准查询
      • term查询
      • 1.3.2.range查询
      • 1.3.3.总结
    • 地理坐标查询
      • 矩形范围查询
      • 附近查询
    • 复合查询
      • 相关性算分
      • 算分函数查询
      • 布尔查询
  • 8.搜索结果处理
    • 排序
      • 普通字段排序
      • 地理坐标排序
    • 分页
      • 基本的分页
      • 深度分页问题
      • 小结
    • 高亮
      • 高亮原理
      • 实现高亮
    • 总结
  • 9.RestClient查询文档
    • 快速入门
      • 发起查询请求
      • 解析响应
      • 完整代码
      • 小结
    • 查询
    • 精确查询
    • 布尔查询
    • 排序、分页
    • 高亮
  • 10.数据聚合
    • 聚合的种类
    • DSL实现聚合
      • Bucket聚合语法
      • 聚合结果排序
      • 限定聚合范围
      • Metric聚合语法
      • 小结
    • RestAPI实现聚合
      • API语法
      • 业务需求
      • 业务实现
  • 11.自动补全
    • 拼音分词器
    • 自定义分词器
    • 自动补全查询
    • 实现酒店搜索框自动补全
      • 修改酒店映射结构
      • 修改HotelDoc实体
      • 重新导入
      • 自动补全查询的JavaAPI
  • 12.数据同步
    • 思路分析
      • 同步调用
      • 异步通知
      • 监听binlog
      • 选择
    • 实现数据同步
      • 要求
      • 创建项目
      • 声明交换机、队列
        • 1)引入依赖
        • 2)声明队列交换机名称
        • 3)声明队列交换机
      • 发送MQ消息
      • 接收MQ消息
  • 13.集群
    • 部署es集群
    • 集群脑裂问题
      • 集群职责划分
      • 脑裂问题
      • 小结
    • 集群分布式存储
      • 分片存储测试
      • 分片存储原理
    • 集群分布式查询
    • 集群故障转移

ElasticSearch分布式搜索引擎

1.了解ES

elasticsearch是一款非常强大的开源搜索引擎,具备非常多强大功能,可以帮助我们从海量数据中快速找到需要的内容

ELK技术栈

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分布式搜索引擎(两万字详解)_第1张图片

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

elasticsearch和lucene

elasticsearch底层是基于lucene来实现的。

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/ 。

elasticsearch的发展历史:

  • 2004年Shay Banon基于Lucene开发了Compass
  • 2010年Shay Banon 重写了Compass,取名为Elasticsearch。

为什么不是其他搜索技术?

虽然在早期,Apache Solr是最主要的搜索引擎技术,但随着发展elasticsearch已经渐渐超越了Solr,独占鳌头:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第2张图片

总结

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

倒排索引的概念是基于MySQL这样的正向索引而言的。

正向索引

那么什么是正向索引呢?例如给下表(tb_goods)中的id创建索引:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第3张图片

如果是根据id查询,那么直接走索引,查询速度非常快。

但如果是基于title做模糊查询,只能是逐行扫描数据,流程如下:

1)用户搜索数据,条件是title符合"%手机%"

2)逐行获取数据,比如id为1的数据

3)判断数据中的title是否符合用户搜索条件

4)如果符合则放入结果集,不符合则丢弃。回到步骤1

逐行扫描,也就是全表扫描,随着数据量增加,其查询效率也会越来越低。当数据量达到数百万时,就是一场灾难。

倒排索引

倒排索引中有两个非常重要的概念:

  • 文档(Document):用来搜索的数据,其中的每一条数据就是一个文档。例如一个网页、一个商品信息
  • 词条(Term):对文档数据或用户搜索数据,利用某种算法分词,得到的具备含义的词语就是词条。

创建倒排索引是对正向索引的一种特殊处理,流程如下:

  • 将每一个文档的数据利用算法分词,得到一个个词条
  • 创建表,每行数据包括词条、词条所在文档id、位置等信息
  • 因为词条唯一性,可以给词条创建索引,例如hash表结构索引

如图:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第4张图片

倒排索引的搜索流程如下(以搜索"华为手机"为例):

1)用户输入条件"华为手机"进行搜索。

2)对用户输入内容分词,得到词条:华为手机

3)拿着词条在倒排索引中查找,可以得到包含词条的文档id:1、2、3。

4)拿着文档id到正向索引中查找具体文档。

虽然要先查询倒排索引,再查询倒排索引,但是无论是词条、还是文档id都建立了索引,查询速度非常快!无需全表扫描。

正向和倒排

那么为什么一个叫做正向索引,一个叫做倒排索引呢?

  • 正向索引是最传统的,根据id索引的方式。但根据词条查询时,必须先逐条获取每个文档,然后判断文档中是否包含所需要的词条,是根据文档找词条的过程

  • 倒排索引则相反,是先找到用户要搜索的词条,根据词条得到保护词条的文档的id,然后根据id获取文档。是根据词条找文档的过程

是不是恰好反过来了?

那么两者方式的优缺点是什么呢?

正向索引

  • 优点:
    • 可以给多个字段创建索引
    • 根据索引字段搜索、排序速度非常快
  • 缺点:
    • 根据非索引字段,或者索引字段中的部分词条查找时,只能全表扫描。

倒排索引

  • 优点:
    • 根据词条搜索、模糊搜索时,速度非常快
  • 缺点:
    • 只能给词条创建索引,而不是字段
    • 无法根据字段做排序

es的一些概念

elasticsearch中有很多独有的概念,与mysql中略有差别,但也有相似之处。

文档和字段

elasticsearch是面向**文档(Document)**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:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第5张图片

而Json文档中往往包含很多的字段(Field),类似于数据库中的列。

索引和映射

索引(Index),就是相同类型的文档的集合。

例如:

  • 所有用户文档,就可以组织在一起,称为用户的索引;
  • 所有商品的文档,可以组织在一起,称为商品的索引;
  • 所有订单的文档,可以组织在一起,称为订单的索引;

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第6张图片

因此,我们可以把索引当做是数据库中的表。

数据库的表会有约束信息,用来定义表的结构、字段的名称、类型等信息。因此,索引库中就有映射(mapping),是索引中文档的字段约束信息,类似表的结构约束。

mysql与elasticsearch

我们统一的把mysql与elasticsearch的概念做一下对比:

MySQL Elasticsearch 说明
Table Index 索引(index),就是文档的集合,类似数据库的表(table)
Row Document 文档(Document),就是一条条的数据,类似数据库中的行(Row),文档都是JSON格式
Column Field 字段(Field),就是JSON文档中的字段,类似数据库中的列(Column)
Schema Mapping Mapping(映射)是索引中文档的约束,例如字段类型约束。类似数据库的表结构(Schema)
SQL DSL DSL是elasticsearch提供的JSON风格的请求语句,用来操作elasticsearch,实现CRUD

是不是说,我们学习了elasticsearch就不再需要mysql了呢?

并不是如此,两者各自有自己的擅长支出:

  • 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

因此在企业中,往往是两者结合使用:

  • 对安全性要求较高的写操作,使用mysql实现
  • 对查询性能要求较高的搜索需求,使用elasticsearch实现
  • 两者再基于某种方式,实现数据的同步,保证一致性

2.安装elasticsearch

1.部署单点es

1.1.创建网络

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

1.2.拉取镜像

# 导入数据
docker pull elasticsearch:7.12.1

1.3.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:7.12.1

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://192.168.150.101:9200 即可看到elasticsearch的响应结果:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第7张图片

2.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。

2.1拉取镜像

# 导入数据
docker pull kibana:7.12.1

2.2.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:7.12.1
  • --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

启动成功后在浏览器输入地址访问:http://192.168.150.101:5601,即可看到结果:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第8张图片

2.3.DevTools

kibana中提供了一个DevTools界面:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第9张图片

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。

3.安装IK分词器

3.1.在线安装ik插件(较慢)

# 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

3.2.离线安装ik插件(推荐)

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": "2022-05-06T10:06:34+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

GET /_analyze
{
  "analyzer": "ik_smart",
  "text": "你好2024,新的一年要天天开心"
}
{
  "tokens" : [
    {
      "token" : "你好",
      "start_offset" : 0,
      "end_offset" : 2,
      "type" : "CN_WORD",
      "position" : 0
    },
    {
      "token" : "2024",
      "start_offset" : 2,
      "end_offset" : 6,
      "type" : "LETTER",
      "position" : 1
    },
    {
      "token" : "新",
      "start_offset" : 7,
      "end_offset" : 8,
      "type" : "CN_CHAR",
      "position" : 2
    },
    {
      "token" : "的",
      "start_offset" : 8,
      "end_offset" : 9,
      "type" : "CN_CHAR",
      "position" : 3
    },
    {
      "token" : "一年",
      "start_offset" : 9,
      "end_offset" : 11,
      "type" : "CN_WORD",
      "position" : 4
    },
    {
      "token" : "要",
      "start_offset" : 11,
      "end_offset" : 12,
      "type" : "CN_CHAR",
      "position" : 5
    },
    {
      "token" : "天天开心",
      "start_offset" : 12,
      "end_offset" : 16,
      "type" : "CN_WORD",
      "position" : 6
    }
  ]
}

3.3 扩展词词典

随着互联网的发展,“造词运动”也越发的频繁。出现了很多新的词语,在原有的词汇列表中并不存在。比如:“奥力给”,“坤坤” 等。

所以我们的词汇也需要不断的更新,IK分词器提供了扩展词汇的功能。

1)打开IK分词器config目录:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第10张图片

2)在IKAnalyzer.cfg.xml配置文件内容添加:


DOCTYPE properties SYSTEM "http://java.sun.com/dtd/properties.dtd">
<properties>
        <comment>IK Analyzer 扩展配置comment>
        
        <entry key="ext_dict">ext.dicentry>
properties>

3)新建一个 ext.dic,可以参考config目录下复制一个配置文件进行修改

坤坤
奥力给

4)重启elasticsearch

docker restart es

3.4 停用词词典

在互联网项目中,在网络间传输的速度很快,所以很多语言是不允许在网络上传递的,如:关于宗教、政治等敏感词语,那么我们在搜索时也应该忽略当前词汇。

IK分词器也提供了强大的停用词功能,让我们在索引时就直接忽略当前的停用词汇表中的内容。

1)IKAnalyzer.cfg.xml配置文件内容添加:


DOCTYPE properties SYSTEM "http://java.sun.com/dtd/properties.dtd">
<properties>
        <comment>IK Analyzer 扩展配置comment>
        
        <entry key="ext_dict">ext.dicentry>
         
        <entry key="ext_stopwords">stopword.dicentry>
properties>

3)在 stopword.dic 添加停用词

4)重启elasticsearch

# 重启服务
docker restart elasticsearch
docker restart kibana

3.索引库操作

索引库就类似数据库表,mapping映射就类似表的结构。

我们要向es中存储数据,必须先创建“库”和“表”。

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

例如下面的json文档:

{
    "age": 21,
    "weight": 52.1,
    "isMarried": false,
    "info": "2024年要天天开心",
    "email": "[email protected]",
    "score": [99.1, 99.5, 98.9],
    "name": {
        "firstName": "林",
        "lastName": "小果"
    }
}

对应的每个字段映射(mapping):

  • age:类型为 integer;参与搜索,因此需要index为true;无需分词器
  • weight:类型为float;参与搜索,因此需要index为true;无需分词器
  • isMarried:类型为boolean;参与搜索,因此需要index为true;无需分词器
  • info:类型为字符串,需要分词,因此是text;参与搜索,因此需要index为true;分词器可以用ik_smart
  • email:类型为字符串,但是不需要分词,因此是keyword;不参与搜索,因此需要index为false;无需分词器
  • score:虽然是数组,但是我们只看元素的类型,类型为float;参与搜索,因此需要index为true;无需分词器
  • name:类型为object,需要定义多个子属性
    • name.firstName;类型为字符串,但是不需要分词,因此是keyword;参与搜索,因此需要index为true;无需分词器
    • name.lastName;类型为字符串,但是不需要分词,因此是keyword;参与搜索,因此需要index为true;无需分词器

索引库的CRUD

这里我们统一使用Kibana编写DSL的方式来演示。

创建索引库和映射

基本语法:

  • 请求方式:PUT
  • 请求路径:/索引库名,可以自定义
  • 请求参数:mapping映射

格式:

PUT /索引库名称
{
  "mappings": {
    "properties": {
      "字段名":{
        "type": "text",
        "analyzer": "ik_smart"
      },
      "字段名2":{
        "type": "keyword",
        "index": "false"
      },
      "字段名3":{
        "properties": {
          "子字段": {
            "type": "keyword"
          }
        }
      },
      // ...略
    }
  }
}

示例:

put /lhs
{
  "mappings":{
    "properties":{
      "age":{
        "type":"integer"
      },
      "weight":{
        "type":"double",
        "index": "false"
      },
      "isMarried":{
        "type":"boolean"
      },
      "info":{
        "type":"text",
        "analyzer":"ik_smart"
      },
      "eamil":{
        "type":"keyword"
      },
      "name":{
        "properties":{
          "firstName":{
            "type":"keyword"
          },
          "lastName":{
            "type":"keyword"
          }
        }
      }
    }
  }
}

查询索引库

基本语法

  • 请求方式:GET

  • 请求路径:/索引库名

  • 请求参数:无

格式

GET /索引库名

示例

GET /lhs
{
  "lhs" : {
    "aliases" : { },
    "mappings" : {
      "properties" : {
        "age" : {
          "type" : "integer"
        },
        "eamil" : {
          "type" : "keyword"
        },
        "info" : {
          "type" : "text",
          "analyzer" : "ik_smart"
        },
        "isMarried" : {
          "type" : "boolean"
        },
        "name" : {
          "properties" : {
            "firstName" : {
              "type" : "keyword"
            },
            "lastName" : {
              "type" : "keyword"
            }
          }
        },
        "weight" : {
          "type" : "double",
          "index" : false
        }
      }
    },
    "settings" : {
      "index" : {
        "routing" : {
          "allocation" : {
            "include" : {
              "_tier_preference" : "data_content"
            }
          }
        },
        "number_of_shards" : "1",
        "provided_name" : "lhs",
        "creation_date" : "1704188659230",
        "number_of_replicas" : "1",
        "uuid" : "N6SJd67zSNi7FnedYA3xlA",
        "version" : {
          "created" : "7120199"
        }
      }
    }
  }
}

修改索引库

倒排索引结构虽然不复杂,但是一旦数据结构改变(比如改变了分词器),就需要重新创建倒排索引,这简直是灾难。因此索引库一旦创建,无法修改mapping

虽然无法修改mapping中已有的字段,但是却允许添加新的字段到mapping中,因为不会对倒排索引产生影响。

语法说明

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

删除索引库

语法:

  • 请求方式:DELETE

  • 请求路径:/索引库名

  • 请求参数:无

格式:

DELETE /索引库名

总结

  • 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

4.文档操作

新增文档

语法:

POST /索引库名/_doc/文档id
{
    "字段1": "值1",
    "字段2": "值2",
    "字段3": {
        "子属性1": "值3",
        "子属性2": "值4"
    },
    // ...
}

示例:

POST /lhs/_doc/1
{
  "age":"21",
  "weight":"52.1",
  "isMarried":"false",
  "info":"2024年要天天开心",
  "email":"[email protected]",
  "name":{
    "firstName":"林",
    "lastName":"小果"
  }
}

查询文档

根据rest风格,新增是post,查询应该是get,不过查询一般都需要条件,这里我们把文档id带上。

语法:

GET /{索引库名称}/_doc/{id}

通过kibana查看数据:

GET /lhs/_doc/1
{
  "_index" : "lhs",
  "_type" : "_doc",
  "_id" : "1",
  "_version" : 2,
  "_seq_no" : 1,
  "_primary_term" : 1,
  "found" : true,
  "_source" : {
    "age" : "21",
    "weight" : "52.1",
    "isMarried" : "false",
    "info" : "2024年要天天开心",
    "email" : "[email protected]",
    "name" : {
      "firstName" : "林",
      "lastName" : "小果"
    }
  }
}

删除文档

删除使用DELETE请求,同样,需要根据id进行删除:

语法:

DELETE /{索引库名}/_doc/id值

示例:

# 根据id删除数据
DELETE /lhs/_doc/1

修改文档

修改有两种方式:

  • 全量修改:直接覆盖原来的文档
  • 增量修改:修改文档中的部分字段

全量修改

全量修改是覆盖原来的文档,其本质是:

  • 根据指定的id删除文档
  • 新增一个相同id的文档

注意:如果根据id删除时,id不存在,第二步的新增也会执行,也就从修改变成了新增操作了。

语法:

PUT /{索引库名}/_doc/文档id
{
    "字段1": "值1",
    "字段2": "值2",
    // ... 略
}

示例:

POST /lhs/_doc/1
{
  "age":"20",
  "weight":"55.1",
  "isMarried":"false",
  "info":"2024年要天天开心",
  "email":"[email protected]",
  "name":{
    "firstName":"林",
    "lastName":"小果"
  }
}

增量修改

增量修改是只修改指定id匹配的文档中的部分字段。

语法:

POST /{索引库名}/_update/文档id
{
    "doc": {
         "字段名": "新的值",
    }
}

示例:

POST /lhs/_update/1
{
  "doc": {
    "email": "[email protected]"
  }
}

总结

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}}

5.RestAPI

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

其中的Java Rest Client又包括两种:

  • Java Low Level Rest Client
  • Java High Level Rest Client

我们这里讲的是Java HighLevel Rest Client客户端API

4.0.导入Demo工程

导入数据

数据结构如下:

CREATE TABLE `tb_hotel` (
  `id` bigint(20) NOT NULL COMMENT '酒店id',
  `name` varchar(255) NOT NULL COMMENT '酒店名称;例:7天酒店',
  `address` varchar(255) NOT NULL COMMENT '酒店地址;例:航头路',
  `price` int(10) NOT NULL COMMENT '酒店价格;例:329',
  `score` int(2) NOT NULL COMMENT '酒店评分;例:45,就是4.5分',
  `brand` varchar(32) NOT NULL COMMENT '酒店品牌;例:如家',
  `city` varchar(32) NOT NULL COMMENT '所在城市;例:上海',
  `star_name` varchar(16) DEFAULT NULL COMMENT '酒店星级,从低到高分别是:1星到5星,1钻到5钻',
  `business` varchar(255) DEFAULT NULL COMMENT '商圈;例:虹桥',
  `latitude` varchar(32) NOT NULL COMMENT '纬度;例:31.2497',
  `longitude` varchar(32) NOT NULL COMMENT '经度;例:120.3925',
  `pic` varchar(255) DEFAULT NULL COMMENT '酒店图片;例:/img/1.jpg',
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

mapping映射分析

创建索引库,最关键的是mapping映射,而mapping映射要考虑的信息包括:

  • 字段名
  • 字段数据类型
  • 是否参与搜索
  • 是否需要分词
  • 如果分词,分词器是什么?

其中:

  • 字段名、字段数据类型,可以参考数据表结构的名称和类型
  • 是否参与搜索要分析业务来判断,例如图片地址,就无需参与搜索
  • 是否分词呢要看内容,内容如果是一个整体就无需分词,反之则要分词
  • 分词器,我们可以统一使用ik_max_word

来看下酒店数据的索引库结构:

PUT /hotel
{
  "mappings": {
    "properties": {
      "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",
        "copy_to": "all"
      },
      "starName":{
        "type": "keyword"
      },
      "business":{
        "type": "keyword"
      },
      "location":{
        "type": "geo_point"
      },
      "pic":{
        "type": "keyword",
        "index": false
      },
      "all":{
        "type": "text",
        "analyzer": "ik_max_word"
      }
    }
  }
}

几个特殊字段说明:

  • location:地理坐标,里面包含精度、纬度
  • all:一个组合字段,其目的是将多字段的值 利用copy_to合并,提供给用户搜索

初始化RestClient

在elasticsearch提供的API中,与elasticsearch一切交互都封装在一个名为RestHighLevelClient的类中,必须先完成这个对象的初始化,建立与elasticsearch的连接。

分为三步:

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>7.12.1elasticsearch.version>
properties>

3)初始化RestHighLevelClient:

初始化的代码如下:

RestHighLevelClient client = new RestHighLevelClient(RestClient.builder(
        HttpHost.create("http://192.168.150.101:9200")
));

这里为了单元测试方便,我们创建一个测试类HotelIndexTest,然后将初始化的代码编写在@BeforeEach方法中:

package cn.itcast.hotel;

import org.apache.http.HttpHost;
import org.elasticsearch.client.RestHighLevelClient;
import org.junit.jupiter.api.AfterEach;
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;

import java.io.IOException;

public class HotelIndexTest {
    private RestHighLevelClient client;

    @BeforeEach
    void setUp() {
        this.client = new RestHighLevelClient(RestClient.builder(
                HttpHost.create("http://192.168.150.101:9200")
        ));
    }

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

创建索引库

代码解读

代码分为三步:

  • 1)创建Request对象。因为是创建索引库的操作,因此Request是CreateIndexRequest。
  • 2)添加请求参数,其实就是DSL的JSON参数部分。因为json字符串很长,这里是定义了静态字符串常量MAPPING_TEMPLATE,让代码看起来更加优雅。
  • 3)发送请求,client.indices()方法的返回值是IndicesClient类型,封装了所有与索引库操作有关的方法。

完整示例

在hotel-demo的cn.itcast.hotel.constants包下,创建一个类,定义mapping映射的JSON字符串常量:

package cn.itcast.hotel.constants;

public class HotelConstants {
    public static final String MAPPING_TEMPLATE = "{\n" +
            "  \"mappings\": {\n" +
            "    \"properties\": {\n" +
            "      \"id\": {\n" +
            "        \"type\": \"keyword\"\n" +
            "      },\n" +
            "      \"name\":{\n" +
            "        \"type\": \"text\",\n" +
            "        \"analyzer\": \"ik_max_word\",\n" +
            "        \"copy_to\": \"all\"\n" +
            "      },\n" +
            "      \"address\":{\n" +
            "        \"type\": \"keyword\",\n" +
            "        \"index\": false\n" +
            "      },\n" +
            "      \"price\":{\n" +
            "        \"type\": \"integer\"\n" +
            "      },\n" +
            "      \"score\":{\n" +
            "        \"type\": \"integer\"\n" +
            "      },\n" +
            "      \"brand\":{\n" +
            "        \"type\": \"keyword\",\n" +
            "        \"copy_to\": \"all\"\n" +
            "      },\n" +
            "      \"city\":{\n" +
            "        \"type\": \"keyword\",\n" +
            "        \"copy_to\": \"all\"\n" +
            "      },\n" +
            "      \"starName\":{\n" +
            "        \"type\": \"keyword\"\n" +
            "      },\n" +
            "      \"business\":{\n" +
            "        \"type\": \"keyword\"\n" +
            "      },\n" +
            "      \"location\":{\n" +
            "        \"type\": \"geo_point\"\n" +
            "      },\n" +
            "      \"pic\":{\n" +
            "        \"type\": \"keyword\",\n" +
            "        \"index\": false\n" +
            "      },\n" +
            "      \"all\":{\n" +
            "        \"type\": \"text\",\n" +
            "        \"analyzer\": \"ik_max_word\"\n" +
            "      }\n" +
            "    }\n" +
            "  }\n" +
            "}";
}

在hotel-demo中的HotelIndexTest测试类中,编写单元测试,实现创建索引:

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

删除索引库

删除索引库的DSL语句非常简单:

DELETE /hotel

与创建索引库相比:

  • 请求方式从PUT变为DELTE
  • 请求路径不变
  • 无请求参数

所以代码的差异,注意体现在Request对象上。依然是三步走:

  • 1)创建Request对象。这次是DeleteIndexRequest对象
  • 2)准备参数。这里是无参
  • 3)发送请求。改用delete方法

在hotel-demo中的HotelIndexTest测试类中,编写单元测试,实现删除索引:

@Test
void testDeleteHotelIndex() throws IOException {
    // 1.创建Request对象
    DeleteIndexRequest request = new DeleteIndexRequest("hotel");
    // 2.发送请求
    client.indices().delete(request, RequestOptions.DEFAULT);
}

判断索引库是否存在

判断索引库是否存在,本质就是查询,对应的DSL是:

GET /hotel

因此与删除的Java代码流程是类似的。依然是三步走:

  • 1)创建Request对象。这次是GetIndexRequest对象
  • 2)准备参数。这里是无参
  • 3)发送请求。改用exists方法
@Test
void testExistsHotelIndex() throws IOException {
    // 1.创建Request对象
    GetIndexRequest request = new GetIndexRequest("hotel");
    // 2.发送请求
    boolean exists = client.indices().exists(request, RequestOptions.DEFAULT);
    // 3.输出
    System.err.println(exists ? "索引库已经存在!" : "索引库不存在!");
}

总结

JavaRestClient操作elasticsearch的流程基本类似。核心是client.indices()方法来获取索引库的操作对象。

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,其它是无参)
  • 发送请求。调用RestHighLevelClient#indices().xxx()方法,xxx是create、exists、delete

6.RestClient操作文档

为了与索引库操作分离,我们再次参加一个测试类,做两件事情:

  • 初始化RestHighLevelClient
  • 我们的酒店数据在数据库,需要利用IHotelService去查询,所以注入这个接口
package cn.itcast.hotel;

import cn.itcast.hotel.pojo.Hotel;
import cn.itcast.hotel.service.IHotelService;
import org.junit.jupiter.api.AfterEach;
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;

import java.io.IOException;
import java.util.List;

@SpringBootTest
public class HotelDocumentTest {
    @Autowired
    private IHotelService hotelService;

    private RestHighLevelClient client;

    @BeforeEach
    void setUp() {
        this.client = new RestHighLevelClient(RestClient.builder(
                HttpHost.create("http://192.168.150.101:9200")
        ));
    }

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

新增文档

我们要将数据库的酒店数据查询出来,写入elasticsearch中。

索引库实体类

数据库查询后的结果是一个Hotel类型的对象。结构如下:

@Data
@TableName("tb_hotel")
public class Hotel {
    @TableId(type = IdType.INPUT)
    private Long id;
    private String name;
    private String address;
    private Integer price;
    private Integer score;
    private String brand;
    private String city;
    private String starName;
    private String business;
    private String longitude;
    private String latitude;
    private String pic;
}

与我们的索引库结构存在差异:

  • longitude和latitude需要合并为location

因此,我们需要定义一个新的类型,与索引库结构吻合:

package cn.itcast.hotel.pojo;

import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;

@Data
@NoArgsConstructor
public class HotelDoc {
    private Long id;
    private String name;
    private String address;
    private Integer price;
    private Integer score;
    private String brand;
    private String city;
    private String starName;
    private String business;
    private String location;
    private String pic;

    public HotelDoc(Hotel hotel) {
        this.id = hotel.getId();
        this.name = hotel.getName();
        this.address = hotel.getAddress();
        this.price = hotel.getPrice();
        this.score = hotel.getScore();
        this.brand = hotel.getBrand();
        this.city = hotel.getCity();
        this.starName = hotel.getStarName();
        this.business = hotel.getBusiness();
        this.location = hotel.getLatitude() + ", " + hotel.getLongitude();
        this.pic = hotel.getPic();
    }
}

语法说明

新增文档的DSL语句如下:

POST /{索引库名}/_doc/1
{
    "name": "Jack",
    "age": 21
}

对应的java代码如图:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第11张图片

可以看到与创建索引库类似,同样是三步走:

  • 1)创建Request对象
  • 2)准备请求参数,也就是DSL中的JSON文档
  • 3)发送请求

变化的地方在于,这里直接使用client.xxx()的API,不再需要client.indices()了。

完整代码

我们导入酒店数据,基本流程一致,但是需要考虑几点变化:

  • 酒店数据来自于数据库,我们需要先查询出来,得到hotel对象
  • hotel对象需要转为HotelDoc对象
  • HotelDoc需要序列化为json格式

因此,代码整体步骤如下:

  • 1)根据id查询酒店数据Hotel
  • 2)将Hotel封装为HotelDoc
  • 3)将HotelDoc序列化为JSON
  • 4)创建IndexRequest,指定索引库名和id
  • 5)准备请求参数,也就是JSON文档
  • 6)发送请求

在hotel-demo的HotelDocumentTest测试类中,编写单元测试:

@Test
void testAddDocument() throws IOException {
    // 1.根据id查询酒店数据
    Hotel hotel = hotelService.getById(61083L);
    // 2.转换为文档类型
    HotelDoc hotelDoc = new HotelDoc(hotel);
    // 3.将HotelDoc转json
    String json = JSON.toJSONString(hotelDoc);

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

查询文档

语法说明

查询的DSL语句如下:

GET /hotel/_doc/{id}

非常简单,因此代码大概分两步:

  • 准备Request对象
  • 发送请求

完整代码

在hotel-demo的HotelDocumentTest测试类中,编写单元测试:

@Test
void testGetDocumentById() throws IOException {
    // 1.准备Request
    GetRequest request = new GetRequest("hotel", "61082");
    // 2.发送请求,得到响应
    GetResponse response = client.get(request, RequestOptions.DEFAULT);
    // 3.解析响应结果
    String json = response.getSourceAsString();

    HotelDoc hotelDoc = JSON.parseObject(json, HotelDoc.class);
    System.out.println(hotelDoc);
}

与之前类似,也是三步走:

  • 1)准备Request对象。这次是查询,所以是GetRequest
  • 2)发送请求,得到结果。因为是查询,这里调用client.get()方法
  • 3)解析结果,就是对JSON做反序列化

删除文档

删除的DSL为是这样的:

DELETE /hotel/_doc/{id}

与查询相比,仅仅是请求方式从DELETE变成GET,可以想象Java代码应该依然是三步走:

  • 1)准备Request对象,因为是删除,这次是DeleteRequest对象。要指定索引库名和id
  • 2)准备参数,无参
  • 3)发送请求。因为是删除,所以是client.delete()方法

在hotel-demo的HotelDocumentTest测试类中,编写单元测试:

@Test
void testDeleteDocument() throws IOException {
    // 1.准备Request
    DeleteRequest request = new DeleteRequest("hotel", "61083");
    // 2.发送请求
    client.delete(request, RequestOptions.DEFAULT);
}

修改文档

语法说明

修改我们讲过两种方式:

  • 全量修改:本质是先根据id删除,再新增
  • 增量修改:修改文档中的指定字段值

在RestClient的API中,全量修改与新增的API完全一致,判断依据是ID:

  • 如果新增时,ID已经存在,则修改
  • 如果新增时,ID不存在,则新增

这里不再赘述,我们主要关注增量修改。

与之前类似,也是三步走:

  • 1)准备Request对象。这次是修改,所以是UpdateRequest
  • 2)准备参数。也就是JSON文档,里面包含要修改的字段
  • 3)更新文档。这里调用client.update()方法

完整代码

在hotel-demo的HotelDocumentTest测试类中,编写单元测试:

@Test
void testUpdateDocument() throws IOException {
    // 1.准备Request
    UpdateRequest request = new UpdateRequest("hotel", "61083");
    // 2.准备请求参数
    request.doc(
        "price", "952",
        "starName", "四钻"
    );
    // 3.发送请求
    client.update(request, RequestOptions.DEFAULT);
}

批量导入文档

需求:利用BulkRequest批量将数据库数据导入到索引库中。

步骤如下:

  • 利用mybatis-plus查询酒店数据

  • 将查询到的酒店数据(Hotel)转换为文档类型数据(HotelDoc)

  • 利用JavaRestClient中的BulkRequest批处理,实现批量新增文档

语法说明

批量处理BulkRequest,其本质就是将多个普通的CRUD请求组合在一起发送。

其实还是三步走:

  • 1)创建Request对象。这里是BulkRequest
  • 2)准备参数。批处理的参数,就是其它Request对象,这里就是多个IndexRequest
  • 3)发起请求。这里是批处理,调用的方法为client.bulk()方法

我们在导入酒店数据时,将上述代码改造成for循环处理即可。

完整代码

在hotel-demo的HotelDocumentTest测试类中,编写单元测试:

@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) {
        // 2.1.转换为文档类型HotelDoc
        HotelDoc hotelDoc = new HotelDoc(hotel);
        // 2.2.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);
}

小结

文档操作的基本步骤:

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

7.DSL查询文档

elasticsearch的查询依然是基于JSON风格的DSL来实现的。

DSL查询分类

Elasticsearch提供了基于JSON的DSL(Domain Specific Language)来定义查询。常见的查询类型包括:

  • 查询所有:查询出所有数据,一般测试用。例如:match_all

  • 全文检索(full text)查询:利用分词器对用户输入内容分词,然后去倒排索引库中匹配。例如:

    • match_query
    • multi_match_query
  • 精确查询:根据精确词条值查找数据,一般是查找keyword、数值、日期、boolean等类型字段。例如:

    • ids
    • range
    • term
  • 地理(geo)查询:根据经纬度查询。例如:

    • geo_distance
    • geo_bounding_box
  • 复合(compound)查询:复合查询可以将上述各种查询条件组合起来,合并查询条件。例如:

    • bool
    • function_score

查询的语法基本一致:

GET /indexName/_search
{
  "query": {
    "查询类型": {
      "查询条件": "条件值"
    }
  }
}

我们以查询所有为例,其中:

  • 查询类型为match_all
  • 没有查询条件
// 查询所有
GET /indexName/_search
{
  "query": {
    "match_all": {
    }
  }
}

其它查询无非就是查询类型查询条件的变化。

全文检索查询

使用场景

全文检索查询的基本流程如下:

  • 对用户搜索的内容做分词,得到词条
  • 根据词条去倒排索引库中匹配,得到文档id
  • 根据文档id找到文档,返回给用户

比较常用的场景包括:

  • 商城的输入框搜索
  • 百度输入框搜索

因为是拿着词条去匹配,因此参与搜索的字段也必须是可分词的text类型的字段。

基本语法

常见的全文检索查询包括:

  • match查询:单字段查询
  • multi_match查询:多字段查询,任意一个字段符合条件就算符合查询条件

match查询语法如下:

GET /indexName/_search
{
  "query": {
    "match": {
      "FIELD": "TEXT"
    }
  }
}

mulit_match语法如下:

GET /indexName/_search
{
  "query": {
    "multi_match": {
      "query": "TEXT",
      "fields": ["FIELD1", " FIELD12"]
    }
  }
}

总结

match和multi_match的区别是什么?

  • match:根据一个字段查询
  • multi_match:根据多个字段查询,参与查询字段越多,查询性能越差, 建议将所有查询字段copy_to "all"字段统一查询

精准查询

精确查询一般是查找keyword、数值、日期、boolean等类型字段。所以不会对搜索条件分词。常见的有:

  • term:根据词条精确值查询
  • range:根据值的范围查询

term查询

因为精确查询的字段搜是不分词的字段,因此查询的条件也必须是不分词的词条。查询时,用户输入的内容跟自动值完全匹配时才认为符合条件。如果用户输入的内容过多,反而搜索不到数据。

语法说明:

// term查询
GET /indexName/_search
{
  "query": {
    "term": {
      "FIELD": {
        "value": "VALUE"
      }
    }
  }
}

示例:

GET /hotel/_search
{
  "query": {
    "term": {
      "brand": {
        "value": "汉庭"
      }
    }
  }
}

1.3.2.range查询

范围查询,一般应用在对数值类型做范围过滤的时候。比如做价格范围过滤。

基本语法:

// range查询
GET /indexName/_search
{
  "query": {
    "range": {
      "FIELD": {
        "gte": 10, // 这里的gte代表大于等于,gt则代表大于
        "lte": 20 // lte代表小于等于,lt则代表小于
      }
    }
  }
}

示例:

GET /hotel/_search
{
  "query": {
    "range": {
      "price": {
        "gte": 1000,
        "lte": 2000
      }
    }
  }
}

1.3.3.总结

精确查询常见的有哪些?

  • term查询:根据词条精确匹配,一般搜索keyword类型、数值类型、布尔类型、日期类型字段
  • range查询:根据数值范围查询,可以是数值、日期的范围

地理坐标查询

所谓的地理坐标查询,其实就是根据经纬度查询,官方文档:https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/reference/current/geo-queries.html

常见的使用场景包括:

  • 携程:搜索我附近的酒店
  • 滴滴:搜索我附近的出租车
  • 微信:搜索我附近的人

矩形范围查询

矩形范围查询,也就是geo_bounding_box查询,查询坐标落在某个矩形范围的所有文档

查询时,需要指定矩形的左上右下两个点的坐标,然后画出一个矩形,落在该矩形内的都是符合条件的点。

语法如下:

// geo_bounding_box查询
GET /indexName/_search
{
  "query": {
    "geo_bounding_box": {
      "FIELD": {
        "top_left": { // 左上点
          "lat": 31.1,
          "lon": 121.5
        },
        "bottom_right": { // 右下点
          "lat": 30.9,
          "lon": 121.7
        }
      }
    }
  }
}

这种并不符合“附近的人”这样的需求,所以我们就不做了。

附近查询

附近查询,也叫做距离查询(geo_distance):查询到指定中心点小于某个距离值的所有文档。

换句话来说,在地图上找一个点作为圆心,以指定距离为半径,画一个圆,落在圆内的坐标都算符合条件

语法说明:

// geo_distance 查询
GET /indexName/_search
{
  "query": {
    "geo_distance": {
      "distance": "15km", // 半径
      "FIELD": "31.21,121.5" // 圆心
    }
  }
}

示例:

GET /hotel/_search
{
  "query": {
    "geo_distance": {
      "distance" : "5km",
      "location": "31.25,121.5"
    }
  }
}

复合查询

复合(compound)查询:复合查询可以将其它简单查询组合起来,实现更复杂的搜索逻辑。常见的有两种:

  • fuction score:算分函数查询,可以控制文档相关性算分,控制文档排名
  • bool query:布尔查询,利用逻辑关系组合多个其它的查询,实现复杂搜索

相关性算分

当我们利用match查询时,文档结果会根据与搜索词条的关联度打分(_score),返回结果时按照分值降序排列。

例如,我们搜索 “虹桥如家”,结果如下:

[
  {
    "_score" : 17.850193,
    "_source" : {
      "name" : "虹桥如家酒店真不错",
    }
  },
  {
    "_score" : 12.259849,
    "_source" : {
      "name" : "外滩如家酒店真不错",
    }
  },
  {
    "_score" : 11.91091,
    "_source" : {
      "name" : "迪士尼如家酒店真不错",
    }
  }
]

在elasticsearch中,早期使用的打分算法是TF-IDF算法, 但在后来的5.1版本升级中,elasticsearch将算法改进为BM25算法:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第12张图片

TF-IDF算法有一各缺陷,就是词条频率越高,文档得分也会越高,单个词条对文档影响较大。而BM25则会让单个词条的算分有一个上限,曲线更加平滑:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第13张图片

小结:elasticsearch会根据词条和文档的相关度做打分,算法由两种:

  • TF-IDF算法
  • BM25算法,elasticsearch5.1版本后采用的算法

算分函数查询

根据相关度打分是比较合理的需求,但合理的不一定是产品经理需要的。

以百度为例,你搜索的结果中,并不是相关度越高排名越靠前,而是谁掏的钱多排名就越靠前。

要想认为控制相关性算分,就需要利用elasticsearch中的function score 查询了。

function score 查询中包含四部分内容:

  • 原始查询条件:query部分,基于这个条件搜索文档,并且基于BM25算法给文档打分,原始算分(query score)
  • 过滤条件:filter部分,符合该条件的文档才会重新算分
  • 算分函数:符合filter条件的文档要根据这个函数做运算,得到的函数算分(function score),有四种函数
    • weight:函数结果是常量
    • field_value_factor:以文档中的某个字段值作为函数结果
    • random_score:以随机数作为函数结果
    • script_score:自定义算分函数算法
  • 运算模式:算分函数的结果、原始查询的相关性算分,两者之间的运算方式,包括:
    • multiply:相乘
    • replace:用function score替换query score
    • 其它,例如:sum、avg、max、min

function score的运行流程如下:

  • 1)根据原始条件查询搜索文档,并且计算相关性算分,称为原始算分(query score)
  • 2)根据过滤条件,过滤文档
  • 3)符合过滤条件的文档,基于算分函数运算,得到函数算分(function score)
  • 4)将原始算分(query score)和函数算分(function score)基于运算模式做运算,得到最终结果,作为相关性算分。

因此,其中的关键点是:

  • 过滤条件:决定哪些文档的算分被修改
  • 算分函数:决定函数算分的算法
  • 运算模式:决定最终算分结果

2)示例

需求:给“如家”这个品牌的酒店排名靠前一些

翻译一下这个需求,转换为之前说的四个要点:

  • 原始条件:不确定,可以任意变化
  • 过滤条件:brand = “如家”
  • 算分函数:可以简单粗暴,直接给固定的算分结果,weight
  • 运算模式:比如求和

因此最终的DSL语句如下:

GET /hotel/_search
{
  "query": {
    "function_score": {
      "query": {  .... }, // 原始查询,可以是任意条件
      "functions": [ // 算分函数
        {
          "filter": { // 满足的条件,品牌必须是如家
            "term": {
              "brand": "如家"
            }
          },
          "weight": 2 // 算分权重为2
        }
      ],
      "boost_mode": "sum" // 加权模式,求和
    }
  }
}

3)小结

function score query定义的三要素是什么?

  • 过滤条件:哪些文档要加分
  • 算分函数:如何计算function score
  • 加权方式:function score 与 query score如何运算

布尔查询

布尔查询是一个或多个查询子句的组合,每一个子句就是一个子查询。子查询的组合方式有:

  • must:必须匹配每个子查询,类似“与”
  • should:选择性匹配子查询,类似“或”
  • must_not:必须不匹配,不参与算分,类似“非”
  • filter:必须匹配,不参与算分

比如在搜索酒店时,除了关键字搜索外,我们还可能根据品牌、价格、城市等字段做过滤

每一个不同的字段,其查询的条件、方式都不一样,必须是多个不同的查询,而要组合这些查询,就必须用bool查询了。

需要注意的是,搜索时,参与打分的字段越多,查询的性能也越差。因此这种多条件查询时,建议这样做:

  • 搜索框的关键字搜索,是全文检索查询,使用must查询,参与算分
  • 其它过滤条件,采用filter查询。不参与算分

1)语法示例:

GET /hotel/_search
{
  "query": {
    "bool": {
      "must": [
        {"term": {"city": "上海" }}
      ],
      "should": [
        {"term": {"brand": "皇冠假日" }},
        {"term": {"brand": "华美达" }}
      ],
      "must_not": [
        { "range": { "price": { "lte": 500 } }}
      ],
      "filter": [
        { "range": {"score": { "gte": 45 } }}
      ]
    }
  }
}

3)小结

bool查询有几种逻辑关系?

  • must:必须匹配的条件,可以理解为“与”
  • should:选择性匹配的条件,可以理解为“或”
  • must_not:必须不匹配的条件,不参与打分
  • filter:必须匹配的条件,不参与打分

8.搜索结果处理

搜索的结果可以按照用户指定的方式去处理或展示。

排序

elasticsearch默认是根据相关度算分(_score)来排序,但是也支持自定义方式对搜索结果排序。可以排序字段类型有:keyword类型、数值类型、地理坐标类型、日期类型等。

普通字段排序

keyword、数值、日期类型排序的语法基本一致。

语法

GET /indexName/_search
{
  "query": {
    "match_all": {}
  },
  "sort": [
    {
      "FIELD": "desc"  // 排序字段、排序方式ASC、DESC
    }
  ]
}

排序条件是一个数组,也就是可以写多个排序条件。按照声明的顺序,当第一个条件相等时,再按照第二个条件排序,以此类推

地理坐标排序

地理坐标排序略有不同。

语法说明

GET /indexName/_search
{
  "query": {
    "match_all": {}
  },
  "sort": [
    {
      "_geo_distance" : {
          "FIELD" : "纬度,经度", // 文档中geo_point类型的字段名、目标坐标点
          "order" : "asc", // 排序方式
          "unit" : "km" // 排序的距离单位
      }
    }
  ]
}

这个查询的含义是:

  • 指定一个坐标,作为目标点
  • 计算每一个文档中,指定字段(必须是geo_point类型)的坐标 到目标点的距离是多少
  • 根据距离排序

分页

elasticsearch 默认情况下只返回top10的数据。而如果要查询更多数据就需要修改分页参数了。elasticsearch中通过修改from、size参数来控制要返回的分页结果:

  • from:从第几个文档开始
  • size:总共查询几个文档

类似于mysql中的limit ?, ?

基本的分页

分页的基本语法如下:

GET /hotel/_search
{
  "query": {
    "match_all": {}
  },
  "from": 0, // 分页开始的位置,默认为0
  "size": 10, // 期望获取的文档总数
  "sort": [
    {"price": "asc"}
  ]
}

深度分页问题

现在,我要查询990~1000的数据,查询逻辑要这么写:

GET /hotel/_search
{
  "query": {
    "match_all": {}
  },
  "from": 990, // 分页开始的位置,默认为0
  "size": 10, // 期望获取的文档总数
  "sort": [
    {"price": "asc"}
  ]
}

这里是查询990开始的数据,也就是 第990~第1000条 数据。

不过,elasticsearch内部分页时,必须先查询 0~1000条,然后截取其中的990 ~ 1000的这10条:

查询TOP1000,如果es是单点模式,这并无太大影响。

但是elasticsearch将来一定是集群,例如我集群有5个节点,我要查询TOP1000的数据,并不是每个节点查询200条就可以了。

因为节点A的TOP200,在另一个节点可能排到10000名以外了。

因此要想获取整个集群的TOP1000,必须先查询出每个节点的TOP1000,汇总结果后,重新排名,重新截取TOP1000。

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第14张图片

那如果我要查询9900~10000的数据呢?是不是要先查询TOP10000呢?那每个节点都要查询10000条?汇总到内存中?

当查询分页深度较大时,汇总数据过多,对内存和CPU会产生非常大的压力,因此elasticsearch会禁止from+ size 超过10000的请求。

针对深度分页,ES提供了两种解决方案,官方文档:

  • search after:分页时需要排序,原理是从上一次的排序值开始,查询下一页数据。官方推荐使用的方式。
  • scroll:原理将排序后的文档id形成快照,保存在内存。官方已经不推荐使用。

小结

分页查询的常见实现方案以及优缺点:

  • from + size

    • 优点:支持随机翻页
    • 缺点:深度分页问题,默认查询上限(from + size)是10000
    • 场景:百度、京东、谷歌、淘宝这样的随机翻页搜索
  • after search

    • 优点:没有查询上限(单次查询的size不超过10000)
    • 缺点:只能向后逐页查询,不支持随机翻页
    • 场景:没有随机翻页需求的搜索,例如手机向下滚动翻页
  • scroll

    • 优点:没有查询上限(单次查询的size不超过10000)
    • 缺点:会有额外内存消耗,并且搜索结果是非实时的
    • 场景:海量数据的获取和迁移。从ES7.1开始不推荐,建议用 after search方案。

高亮

高亮原理

什么是高亮显示呢?

我们在百度,京东搜索时,关键字会变成红色,比较醒目,这叫高亮显示

高亮显示的实现分为两步:

  • 1)给文档中的所有关键字都添加一个标签,例如标签
  • 2)页面给标签编写CSS样式

实现高亮

高亮的语法

GET /hotel/_search
{
  "query": {
    "match": {
      "FIELD": "TEXT" // 查询条件,高亮一定要使用全文检索查询
    }
  },
  "highlight": {
    "fields": { // 指定要高亮的字段
      "FIELD": {
        "pre_tags": "",  // 用来标记高亮字段的前置标签,可省略
        "post_tags": "" // 用来标记高亮字段的后置标签,可省略
      }
    }
  }
}

示例:

GET /hotel/_search
{
  "query": {
    "match": {
      "brand": "如家"
    }
  }
  , "sort": [
    {
      "price": {
        "order": "desc"
      }
    }
  ],
  "from": 0,
  "size": 10,
  "highlight": {
    "fields": {
      "brand": {},
       "name": {}
    },
     "require_field_match": "false"
  }
}

注意:

  • 高亮是对关键字高亮,因此搜索条件必须带有关键字,而不能是范围这样的查询。
  • 默认情况下,高亮的字段,必须与搜索指定的字段一致,否则无法高亮
  • 如果要对非搜索字段高亮,则需要添加一个属性:required_field_match=false

总结

查询的DSL是一个大的JSON对象,包含下列属性:

  • query:查询条件
  • from和size:分页条件
  • sort:排序条件
  • highlight:高亮条件

9.RestClient查询文档

文档的查询同样适用昨天学习的 RestHighLevelClient对象,基本步骤包括:

  • 1)准备Request对象
  • 2)准备请求参数
  • 3)发起请求
  • 4)解析响应

快速入门

我们以match_all查询为例

发起查询请求

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第15张图片

代码解读:

  • 第一步,创建SearchRequest对象,指定索引库名

  • 第二步,利用request.source()构建DSL,DSL中可以包含查询、分页、排序、高亮等

    • query():代表查询条件,利用QueryBuilders.matchAllQuery()构建一个match_all查询的DSL
  • 第三步,利用client.search()发送请求,得到响应

这里关键的API有两个,一个是request.source(),其中包含了查询、排序、分页、高亮等所有功能

另一个是QueryBuilders,其中包含match、term、function_score、bool等各种查询

解析响应

响应结果的解析:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第16张图片

elasticsearch返回的结果是一个JSON字符串,结构包含:

  • hits:命中的结果
    • total:总条数,其中的value是具体的总条数值
    • max_score:所有结果中得分最高的文档的相关性算分
    • hits:搜索结果的文档数组,其中的每个文档都是一个json对象
      • _source:文档中的原始数据,也是json对象

因此,我们解析响应结果,就是逐层解析JSON字符串,流程如下:

  • SearchHits:通过response.getHits()获取,就是JSON中的最外层的hits,代表命中的结果
    • SearchHits.getTotalHits().value:获取总条数信息
    • SearchHits.getHits():获取SearchHit数组,也就是文档数组
      • SearchHit#getSourceAsString():获取文档结果中的_source,也就是原始的json文档数据

完整代码

代码如下:

@Test
public void test01() throws IOException {
    // 创建一个SearchRequest对象,指定搜索类型为hotel
    SearchRequest hotel = new SearchRequest("hotel");
    // 设置查询条件为匹配所有字段
    hotel.source().query(QueryBuilders.matchAllQuery());
    // 执行搜索
    SearchResponse search = client.search(hotel, RequestOptions.DEFAULT);
    // 获取搜索结果
    SearchHits hits = search.getHits();
    // 获取搜索结果总数
    TotalHits totalHits = hits.getTotalHits();
    System.out.println(totalHits);
    SearchHit[] hits1 = hits.getHits();
    for (SearchHit h : hits1) {
        String sourceAsString = h.getSourceAsString();
        System.out.println(sourceAsString);
    }
}

ps:可用·ctrl+alt+m把搜索代码抽离并封装成一个方法

小结

查询的基本步骤是:

  1. 创建SearchRequest对象

  2. 准备Request.source(),也就是DSL。

    ① QueryBuilders来构建查询条件

    ② 传入Request.source() 的 query() 方法

  3. 发送请求,得到结果

  4. 解析结果(参考JSON结果,从外到内,逐层解析)

查询

全文检索的match和multi_match查询与match_all的API基本一致。差别是查询条件,也就是query的部分。

因此,Java代码上的差异主要是request.source().query()中的参数了。同样是利用QueryBuilders提供的方法:

而结果解析代码则完全一致,可以抽取并共享。

代码如下:

@Test
public void test02() throws IOException {
    // 创建一个SearchRequest对象,指定搜索类型为hotel
    SearchRequest hotel = new SearchRequest("hotel");
    // 设置查询条件为匹配所有字段
    hotel.source().query(QueryBuilders.matchQuery("all","如家"));
    // 执行搜索
    SearchResponse search = client.search(hotel, RequestOptions.DEFAULT);
    // 处理响应
    search(search);
}

精确查询

精确查询主要是两者:

  • term:词条精确匹配
  • range:范围查询

与之前的查询相比,差异同样在查询条件,其它都一样。

代码如下:

@Test
public void test03() throws IOException {
    // 创建一个SearchRequest对象,指定搜索类型为hotel
    SearchRequest hotel = new SearchRequest("hotel");
    // 设置查询条件为匹配所有字段
    hotel.source().query(QueryBuilders.termQuery("brand","汉庭"));
    // 执行搜索
    SearchResponse search = client.search(hotel, RequestOptions.DEFAULT);
    // 处理响应
    search(search);
}

布尔查询

布尔查询是用must、must_not、filter等方式组合其它查询

可以看到,API与其它查询的差别同样是在查询条件的构建,QueryBuilders,结果解析等其他代码完全不变。

代码如下:

@Test
public void test04() throws IOException {
    // 创建一个SearchRequest对象,指定搜索类型为hotel
    SearchRequest hotel = new SearchRequest("hotel
    BoolQueryBuilder boolQueryBuilder = QueryBuilders.boolQuery();
    boolQueryBuilder.must(QueryBuilders.termQuery("brand","如家"));
    boolQueryBuilder.filter(QueryBuilders.rangeQuery("price").gte(100).lte(500));
    // 设置查询条件为匹配所有字段
    hotel.source().query(boolQueryBuilder);
    // 执行搜索
    SearchResponse search = client.search(hotel, RequestOptions.DEFAULT);
    // 处理响应
    search(search);
}

排序、分页

搜索结果的排序和分页是与query同级的参数,因此同样是使用request.source()来设置。

代码如下:

@Test
public void test05() throws IOException {
    int page = 1, size = 5;
    // 创建一个SearchRequest对象,指定搜索类型为hotel
    SearchRequest hotel = new SearchRequest("hotel");
    BoolQueryBuilder boolQueryBuilder = QueryBuilders.boolQuery();
    // 设置查询条件为匹配品牌为如家,价格小于等于500
    boolQueryBuilder.must(QueryBuilders.termQuery("brand","如家"));
    boolQueryBuilder.filter(QueryBuilders.rangeQuery("price").lte(500));
    // 设置查询条件为匹配所有字段
    hotel.source().query(boolQueryBuilder);
    // 设置排序条件为按price升序排序
    hotel.source().sort("price", SortOrder.ASC);
    // 设置查询起始位置
    hotel.source().from((page-1) * size).size(size);
    // 执行搜索
    SearchResponse search = client.search(hotel, RequestOptions.DEFAULT);
    // 处理响应
    search(search);
}

高亮

高亮的代码与之前代码差异较大,有两点:

  • 查询的DSL:其中除了查询条件,还需要添加高亮条件,同样是与query同级。
  • 结果解析:结果除了要解析_source文档数据,还要解析高亮结果

高亮的结果与查询的文档结果默认是分离的,并不在一起。

因此解析高亮的代码需要额外处理:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第17张图片

解析部分代码解读:

  • 第一步:从结果中获取source。hit.getSourceAsString(),这部分是非高亮结果,json字符串。还需要反序列为HotelDoc对象
  • 第二步:获取高亮结果。hit.getHighlightFields(),返回值是一个Map,key是高亮字段名称,值是HighlightField对象,代表高亮值
  • 第三步:从map中根据高亮字段名称,获取高亮字段值对象HighlightField
  • 第四步:从HighlightField中获取Fragments,并且转为字符串。这部分就是真正的高亮字符串了
  • 第五步:用高亮的结果替换HotelDoc中的非高亮结果

完整代码如下:

@Test
public void test06() throws IOException {
    // 创建一个SearchRequest对象,指定搜索类型为hotel
    SearchRequest hotel = new SearchRequest("hotel");
    // 设置查询条件为匹配所有字段
    hotel.source().query(QueryBuilders.matchQuery("all","汉庭");
    // 设置查询条件为匹配所有字段
    hotel.source().highlighter(new HighlightBuilder().field("name").requireFieldMatch(false));
    // 执行搜索
    SearchResponse search = client.search(hotel, RequestOptions.DEFAULT);
    // 处理响应
    SearchHits hits = search.getHits();
    // 获取搜索结果总数
    TotalHits totalHits = hits.getTotalHits();
    System.out.println(totalHits);
    SearchHit[] hits1 = hits.getHits();
    for (SearchHit h : hits1) {
        // 获取搜索结果
        String sourceAsString = h.getSourceAsString();
        // 将搜索结果转换为HotelDoc对象
        HotelDoc hotelDoc = JSON.parseObject(sourceAsString, HotelDoc.class);
        // 获取高亮字段
        Map<String, HighlightField> highlightFields = h.getHighlightFields();
        if(!Objects.isNull(highlightFields)){
            // 获取name字段的 高亮字段
            HighlightField name = highlightFields.get("name");
            if(name != null){
                // 获取高亮字段的内容
                String string = name.getFragments()[0].string();
                // 将高亮字段的内容设置到HotelDoc对象中
                hotelDoc.setName(string);
            }
        }
        System.out.println(hotelDoc);
    }
}

10.数据聚合

**聚合(aggregations)**可以让我们极其方便的实现对数据的统计、分析、运算。例如:

  • 什么品牌的手机最受欢迎?
  • 这些手机的平均价格、最高价格、最低价格?
  • 这些手机每月的销售情况如何?

实现这些统计功能的比数据库的sql要方便的多,而且查询速度非常快,可以实现近实时搜索效果。

聚合的种类

聚合常见的有三类:

  • **桶(Bucket)**聚合:用来对文档做分组

    • TermAggregation:按照文档字段值分组,例如按照品牌值分组、按照国家分组
    • Date Histogram:按照日期阶梯分组,例如一周为一组,或者一月为一组
  • **度量(Metric)**聚合:用以计算一些值,比如:最大值、最小值、平均值等

    • Avg:求平均值
    • Max:求最大值
    • Min:求最小值
    • Stats:同时求max、min、avg、sum等
  • **管道(pipeline)**聚合:其它聚合的结果为基础做聚合

**注意:**参加聚合的字段必须是keyword、日期、数值、布尔类型

DSL实现聚合

现在,我们要统计所有数据中的酒店品牌有几种,其实就是按照品牌对数据分组。此时可以根据酒店品牌的名称做聚合,也就是Bucket聚合。

Bucket聚合语法

语法如下:

GET /hotel/_search
{
  "size": 0,  // 设置size为0,结果中不包含文档,只包含聚合结果
  "aggs": { // 定义聚合
    "brandAgg": { //给聚合起个名字
      "terms": { // 聚合的类型,按照品牌值聚合,所以选择term
        "field": "brand", // 参与聚合的字段
        "size": 10 // 希望获取的聚合结果数量
      }
    }
  }
}

结果如下:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第18张图片

聚合结果排序

默认情况下,Bucket聚合会统计Bucket内的文档数量,记为_count,并且按照_count降序排序。

我们可以指定order属性,自定义聚合的排序方式:

GET /hotel/_search
{
  "size": 0, 
  "aggs": {
    "brandAgg": {
      "terms": {
        "field": "brand",
        "order": {
          "_count": "asc" // 按照_count升序排列
        },
        "size": 10
      }
    }
  }
}

限定聚合范围

默认情况下,Bucket聚合是对索引库的所有文档做聚合,但真实场景下,用户会输入搜索条件,因此聚合必须是对搜索结果聚合。那么聚合必须添加限定条件。

我们可以限定要聚合的文档范围,只要添加query条件即可:

GET /hotel/_search
{
  "query": {
    "range": {
      "price": {
        "lte": 200 // 只对200元以下的文档聚合
      }
    }
  }, 
  "size": 0, 
  "aggs": {
    "brandAgg": {
      "terms": {
        "field": "brand",
        "size": 10
      }
    }
  }
}

这次,聚合得到的品牌明显变少了:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第19张图片

Metric聚合语法

现在我们需要对桶内的酒店做运算,获取每个品牌的用户评分的min、max、avg等值。

这就要用到Metric聚合了,例如stats聚合:就可以获取min、max、avg等结果。

语法如下:

GET /hotel/_search
{
  "size": 0, 
  "aggs": {
    "brandAgg": { 
      "terms": { 
        "field": "brand", 
        "size": 20
      },
      "aggs": { // 是brands聚合的子聚合,也就是分组后对每组分别计算
        "score_stats": { // 聚合名称
          "stats": { // 聚合类型,这里stats可以计算min、max、avg等
            "field": "score" // 聚合字段,这里是score
          }
        }
      }
    }
  }
}

这次的score_stats聚合是在brandAgg的聚合内部嵌套的子聚合。因为我们需要在每个桶分别计算。

另外,我们还可以给聚合结果做个排序,例如按照每个桶的酒店平均分做排序:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第20张图片

小结

聚合必须的三要素:

  • 聚合名称
  • 聚合类型
  • 聚合字段

聚合可配置属性有:

  • size:指定聚合结果数量
  • order:指定聚合结果排序方式
  • field:指定聚合字段

RestAPI实现聚合

API语法

聚合条件与query条件同级别,因此需要使用request.source()来指定聚合条件。

聚合条件的语法:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第21张图片

聚合的结果也与查询结果不同,API也比较特殊。不过同样是JSON逐层解析:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第22张图片

业务需求

需求:搜索页面的品牌、城市等信息不应该是在页面写死,而是通过聚合索引库中的酒店数据得来的

分析:

目前,页面的城市列表、星级列表、品牌列表都是写死的,并不会随着搜索结果的变化而变化。但是用户搜索条件改变时,搜索结果会跟着变化。

例如:用户搜索“东方明珠”,那搜索的酒店肯定是在上海东方明珠附近,因此,城市只能是上海,此时城市列表中就不应该显示北京、深圳、杭州这些信息了。

也就是说,搜索结果中包含哪些城市,页面就应该列出哪些城市;搜索结果中包含哪些品牌,页面就应该列出哪些品牌。

如何得知搜索结果中包含哪些品牌?如何得知搜索结果中包含哪些城市?

使用聚合功能,利用Bucket聚合,对搜索结果中的文档基于品牌分组、基于城市分组,就能得知包含哪些品牌、哪些城市了。

因为是对搜索结果聚合,因此聚合是限定范围的聚合,也就是说聚合的限定条件跟搜索文档的条件一致。

请求参数与搜索文档的参数完全一致

返回值类型就是页面要展示的最终结果:

结果是一个Map结构:

  • key是字符串,城市、星级、品牌、价格
  • value是集合,例如多个城市的名称

业务实现

要求:

  • 请求方式:POST
  • 请求路径:/hotel/filters
  • 请求参数:RequestParams,与搜索文档的参数一致
  • 返回值类型:Map>

代码:

    @PostMapping("filters")
    public Map<String, List<String>> getFilters(@RequestBody RequestParams params){
        return hotelService.getFilters(params);
    }

这里调用了IHotelService中的getFilters方法,尚未实现。

IHotelService中定义新方法:

Map<String, List<String>> filters(RequestParams params);

HotelService中实现该方法:

@Override
public Map<String, List<String>> filters(RequestParams params) {
    try {
        // 1.准备Request
        SearchRequest request = new SearchRequest("hotel");
        // 2.准备DSL
        // 2.1.query
        buildBasicQuery(params, request);
        // 2.2.设置size
        request.source().size(0);
        // 2.3.聚合
        buildAggregation(request);
        // 3.发出请求
        SearchResponse response = client.search(request, RequestOptions.DEFAULT);
        // 4.解析结果
        Map<String, List<String>> result = new HashMap<>();
        Aggregations aggregations = response.getAggregations();
        // 4.1.根据品牌名称,获取品牌结果
        List<String> brandList = getAggByName(aggregations, "brandAgg");
        result.put("品牌", brandList);
        // 4.2.根据品牌名称,获取品牌结果
        List<String> cityList = getAggByName(aggregations, "cityAgg");
        result.put("城市", cityList);
        // 4.3.根据品牌名称,获取品牌结果
        List<String> starList = getAggByName(aggregations, "starAgg");
        result.put("星级", starList);

        return result;
    } catch (IOException e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }
}

private void buildAggregation(SearchRequest request) {
    request.source().aggregation(AggregationBuilders
                                 .terms("brandAgg")
                                 .field("brand")
                                 .size(100)
                                );
    request.source().aggregation(AggregationBuilders
                                 .terms("cityAgg")
                                 .field("city")
                                 .size(100)
                                );
    request.source().aggregation(AggregationBuilders
                                 .terms("starAgg")
                                 .field("starName")
                                 .size(100)
                                );
}

private List<String> getAggByName(Aggregations aggregations, String aggName) {
    // 4.1.根据聚合名称获取聚合结果
    Terms brandTerms = aggregations.get(aggName);
    // 4.2.获取buckets
    List<? extends Terms.Bucket> buckets = brandTerms.getBuckets();
    // 4.3.遍历
    List<String> brandList = new ArrayList<>();
    for (Terms.Bucket bucket : buckets) {
        // 4.4.获取key
        String key = bucket.getKeyAsString();
        brandList.add(key);
    }
    return brandList;
}

    private void buildBasicQuery(RequestParams params, SearchRequest request) {
        // 1.构建BooleanQuery
        BoolQueryBuilder boolQuery = QueryBuilders.boolQuery();
        // 2.关键字搜索
        String key = params.getKey();
        if (key == null || "".equals(key)) {
            boolQuery.must(QueryBuilders.matchAllQuery());
        } else {
            boolQuery.must(QueryBuilders.matchQuery("all", key));
        }
        // 3.城市条件
        if (params.getCity() != null && !params.getCity().equals("")) {
            boolQuery.filter(QueryBuilders.termQuery("city", params.getCity()));
        }
        // 4.品牌条件
        if (params.getBrand() != null && !params.getBrand().equals("")) {
            boolQuery.filter(QueryBuilders.termQuery("brand", params.getBrand()));
        }
        // 5.星级条件
        if (params.getStarName() != null && !params.getStarName().equals("")) {
            boolQuery.filter(QueryBuilders.termQuery("starName", params.getStarName()));
        }
        // 6.价格
        if (params.getMinPrice() != null && params.getMaxPrice() != null) {
            boolQuery.filter(QueryBuilders
                    .rangeQuery("price")
                    .gte(params.getMinPrice())
                    .lte(params.getMaxPrice())
            );
        }
        // 7.放入source
        request.source().query(boolQuery);
    }

11.自动补全

当用户在搜索框输入字符时,我们应该提示出与该字符有关的搜索项

这种根据用户输入的字母,提示完整词条的功能,就是自动补全了。

因为需要根据拼音字母来推断,因此要用到拼音分词功能。

拼音分词器

要实现根据字母做补全,就必须对文档按照拼音分词。在GitHub上恰好有elasticsearch的拼音分词插件。地址:https://github.com/medcl/elasticsearch-analysis-pinyin

安装方式与IK分词器一样,分三步:

​ ①解压

​ ②上传到虚拟机中,elasticsearch的plugin目录

​ ③重启elasticsearch

​ ④测试

详细安装步骤可以参考IK分词器的安装过程。

测试用法如下:

POST /_analyze
{
  "text": "如家酒店还不错",
  "analyzer": "pinyin"
}

自定义分词器

默认的拼音分词器会将每个汉字单独分为拼音,而我们希望的是每个词条形成一组拼音,需要对拼音分词器做个性化定制,形成自定义分词器。

elasticsearch中分词器(analyzer)的组成包含三部分:

  • character filters:在tokenizer之前对文本进行处理。例如删除字符、替换字符
  • tokenizer:将文本按照一定的规则切割成词条(term)。例如keyword,就是不分词;还有ik_smart
  • tokenizer filter:将tokenizer输出的词条做进一步处理。例如大小写转换、同义词处理、拼音处理等

文档分词时会依次由这三部分来处理文档:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第23张图片

声明自定义分词器的语法如下:

PUT /test
{
  "settings": {
    "analysis": {
      "analyzer": { // 自定义分词器
        "my_analyzer": {  // 分词器名称
          "tokenizer": "ik_max_word",
          "filter": "py"
        }
      },
      "filter": { // 自定义tokenizer filter
        "py": { // 过滤器名称
          "type": "pinyin", // 过滤器类型,这里是pinyin
		  "keep_full_pinyin": false,
          "keep_joined_full_pinyin": true,
          "keep_original": true,
          "limit_first_letter_length": 16,
          "remove_duplicated_term": true,
          "none_chinese_pinyin_tokenize": false
        }
      }
    }
  },
  "mappings": {
    "properties": {
      "name": {
        "type": "text",
        "analyzer": "my_analyzer",
        "search_analyzer": "ik_smart"
      }
    }
  }
}

总结:

拼音分词器使用:

  • ①下载pinyin分词器

  • ②解压并放到elasticsearch的plugin目录

  • ③重启即可

自定义拼音分词器:

  • ①创建索引库时,在settings中配置,可以包含三部分

  • ②character filter

  • ③tokenizer

  • ④filter

注意事项:

  • 为了避免搜索到同音字,搜索时不要使用拼音分词器

自动补全查询

elasticsearch提供了Completion Suggester查询来实现自动补全功能。这个查询会匹配以用户输入内容开头的词条并返回。为了提高补全查询的效率,对于文档中字段的类型有一些约束:

  • 参与补全查询的字段必须是completion类型。

  • 字段的内容一般是用来补全的多个词条形成的数组。

比如,一个这样的索引库:

// 创建索引库
PUT test
{
  "mappings": {
    "properties": {
      "title":{
        "type": "completion"
      }
    }
  }
}

然后插入下面的数据:

// 示例数据
POST test/_doc
{
  "title": ["Sony", "WH-1000XM3"]
}
POST test/_doc
{
  "title": ["SK-II", "PITERA"]
}
POST test/_doc
{
  "title": ["Nintendo", "switch"]
}

查询的DSL语句如下:

// 自动补全查询
GET /test/_search
{
  "suggest": {
    "title_suggest": {
      "text": "s", // 关键字
      "completion": {
        "field": "title", // 补全查询的字段
        "skip_duplicates": true, // 跳过重复的
        "size": 10 // 获取前10条结果
      }
    }
  }
}

实现酒店搜索框自动补全

现在,我们的hotel索引库还没有设置拼音分词器,需要修改索引库中的配置。但是我们知道索引库是无法修改的,只能删除然后重新创建。

另外,我们需要添加一个字段,用来做自动补全,将brand、suggestion、city等都放进去,作为自动补全的提示。

因此,总结一下,我们需要做的事情包括:

  1. 修改hotel索引库结构,设置自定义拼音分词器

  2. 修改索引库的name、all字段,使用自定义分词器

  3. 索引库添加一个新字段suggestion,类型为completion类型,使用自定义的分词器

  4. 给HotelDoc类添加suggestion字段,内容包含brand、business

  5. 重新导入数据到hotel库

修改酒店映射结构

代码如下:

// 酒店数据索引库
PUT /hotel
{
  "settings": {
    "analysis": {
      "analyzer": {
        "text_anlyzer": {
          "tokenizer": "ik_max_word",
          "filter": "py"
        },
        "completion_analyzer": {
          "tokenizer": "keyword",
          "filter": "py"
        }
      },
      "filter": {
        "py": {
          "type": "pinyin",
          "keep_full_pinyin": false,
          "keep_joined_full_pinyin": true,
          "keep_original": true,
          "limit_first_letter_length": 16,
          "remove_duplicated_term": true,
          "none_chinese_pinyin_tokenize": false
        }
      }
    }
  },
  "mappings": {
    "properties": {
      "id":{
        "type": "keyword"
      },
      "name":{
        "type": "text",
        "analyzer": "text_anlyzer",
        "search_analyzer": "ik_smart",
        "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
      },
      "all":{
        "type": "text",
        "analyzer": "text_anlyzer",
        "search_analyzer": "ik_smart"
      },
      "suggestion":{
          "type": "completion",
          "analyzer": "completion_analyzer"
      }
    }
  }
}

修改HotelDoc实体

HotelDoc中要添加一个字段,用来做自动补全,内容可以是酒店品牌、城市、商圈等信息。按照自动补全字段的要求,最好是这些字段的数组。

因此我们在HotelDoc中添加一个suggestion字段,类型为List,然后将brand、city、business等信息放到里面。

代码如下:

package cn.itcast.hotel.pojo;

import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collections;
import java.util.List;

@Data
@NoArgsConstructor
public class HotelDoc {
    private Long id;
    private String name;
    private String address;
    private Integer price;
    private Integer score;
    private String brand;
    private String city;
    private String starName;
    private String business;
    private String location;
    private String pic;
    private Object distance;
    private Boolean isAD;
    private List<String> suggestion;

    public HotelDoc(Hotel hotel) {
        this.id = hotel.getId();
        this.name = hotel.getName();
        this.address = hotel.getAddress();
        this.price = hotel.getPrice();
        this.score = hotel.getScore();
        this.brand = hotel.getBrand();
        this.city = hotel.getCity();
        this.starName = hotel.getStarName();
        this.business = hotel.getBusiness();
        this.location = hotel.getLatitude() + ", " + hotel.getLongitude();
        this.pic = hotel.getPic();
        // 组装suggestion
        if(this.business.contains("/")){
            // business有多个值,需要切割
            String[] arr = this.business.split("/");
            // 添加元素
            this.suggestion = new ArrayList<>();
            this.suggestion.add(this.brand);
            Collections.addAll(this.suggestion, arr);
        }else {
            this.suggestion = Arrays.asList(this.brand, this.business);
        }
    }
}

重新导入

重新执行之前编写的导入数据功能

@Test
public void testBulkRequest() throws IOException {
    List<Hotel> hotels = hotelMapper.selectList(null);
    BulkRequest bulkRequest = new BulkRequest();
    for (Hotel hotel : hotels) {
        HotelDoc hotelDoc = new HotelDoc(hotel);
        IndexRequest hotel1 = new IndexRequest("hotel")
                .id(hotel.getId().toString())
                .source(JSON.toJSONString(hotelDoc),XContentType.JSON);
        bulkRequest.add(hotel1);
    }
    client.bulk(bulkRequest, RequestOptions.DEFAULT);
}

自动补全查询的JavaAPI

示例代码:

@Test
public void test08() throws IOException{
    SearchRequest searchRequest = new SearchRequest("hotel");
    searchRequest.source().suggest(new SuggestBuilder().addSuggestion(
            "mySuggetion",
            SuggestBuilders
                    .completionSuggestion("suggestion")
                    .prefix("h")
                    .skipDuplicates(true)
                    .size(10)
    ));
    SearchResponse search = client.search(searchRequest, RequestOptions.DEFAULT);
    System.out.println(search);
}

查询结果:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第24张图片

结果解析代码:

@Test
public void test08() throws IOException{
    SearchRequest searchRequest = new SearchRequest("hotel");
    searchRequest.source().suggest(new SuggestBuilder().addSuggestion(
            "mySuggestion",
            SuggestBuilders
                    .completionSuggestion("suggestion")
                    .prefix("h")
                    .skipDuplicates(true)
                    .size(10)
    ));
    SearchResponse search = client.search(searchRequest, RequestOptions.DEFAULT);
    Suggest suggest = search.getSuggest();
    CompletionSuggestion mySuggestion = suggest.getSuggestion("mySuggestion");
    for (Suggest.Suggestion.Entry.Option opention : mySuggestion.getOptions()) {
        String string = opention.getText().toString();
        System.out.println(string);
    }
}

12.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

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

同步调用

方案一:同步调用

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第25张图片

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,

异步通知

方案二:异步通知

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第26张图片

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

监听binlog

方案三:监听binlog

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第27张图片

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

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

实现数据同步

要求

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

创建项目

创建的hotel-admin项目

其中包含了酒店的CRUD功能:

@RestController
@RequestMapping("hotel")
public class HotelController {
    @Autowired
    private IHotelService hotelService;

    @GetMapping("/{id}")
    public Hotel queryById(@PathVariable("id") Long id){
        return hotelService.getById(id);
    }

    @GetMapping("/list")
    public PageResult hotelList(
            @RequestParam(value = "page", defaultValue = "1") Integer page,
            @RequestParam(value = "size", defaultValue = "1") Integer size
    ){
        Page<Hotel> result = hotelService.page(new Page<>(page, size));

        return new PageResult(result.getTotal(), result.getRecords());
    }

    @PostMapping
    public void saveHotel(@RequestBody Hotel hotel){
        hotelService.save(hotel);
    }

    @PutMapping()
    public void updateById(@RequestBody Hotel hotel){
        if (hotel.getId() == null) {
            throw new InvalidParameterException("id不能为空");
        }
        hotelService.updateById(hotel);
    }

    @DeleteMapping("/{id}")
    public void deleteById(@PathVariable("id") Long id) {
        hotelService.removeById(id);
    }
}

声明交换机、队列

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>
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

public class MqConstants {
    public final static String HOTEL_EXCHANGE = "hotel.topic";
    public final static String HOTEL_INSERT_QUEUE = "hotel.insert.queue";
    public final static String HOTEL_DELETE_QUEUE = "hotel.delete.queue";
    public final static String HOTEL_INSERT_KEY = "hotel.insert";
    public final static String HOTEL_DELETE_KEY = "hotel.delete";
}
3)声明队列交换机

在hotel-demo中,定义配置类,声明队列、交换机:

@Component
public class HotelListener {

    @Autowired
    private IHotelService hotelService;


    @RabbitListener(queues = MqConstants.HOTEL_INSERT_QUEUE)
    public void listenHotelInsertOrUpdate(Long id) {
        hotelService.insertByid(id);
    }
    @RabbitListener(queues = MqConstants.HOTEL_DELETE_QUEUE)
    public void listenHotelDElete(Long id) {
        hotelService.deleteById(id);
    }
}

发送MQ消息

在hotel-admin中的增、删、改业务中分别发送MQ消息:

@RestController
@RequestMapping("hotel")
public class HotelController {
@Autowired
private RabbitTemplate rabbitTemplate;

@Autowired
private IHotelService hotelService;

@GetMapping("/{id}")
public Hotel queryById(@PathVariable("id") Long id){
    return hotelService.getById(id);
}

@GetMapping("/list")
public PageResult hotelList(
        @RequestParam(value = "page", defaultValue = "1") Integer page,
        @RequestParam(value = "size", defaultValue = "1") Integer size
){
    Page<Hotel> result = hotelService.page(new Page<>(page, size));

    return new PageResult(result.getTotal(), result.getRecords());
}

@PostMapping
public void saveHotel(@RequestBody Hotel hotel){
    hotelService.save(hotel);
    rabbitTemplate.convertAndSend(MqConstants.HOTEL_EXCHANGE,MqConstants.HOTEL_INSERT_KEY,hotel.getId());
}

@PutMapping()
public void updateById(@RequestBody Hotel hotel){
    if (hotel.getId() == null) {
        throw new InvalidParameterException("id不能为空");
    }
    hotelService.updateById(hotel);
    rabbitTemplate.convertAndSend(MqConstants.HOTEL_EXCHANGE,MqConstants.HOTEL_INSERT_KEY,hotel.getId());
}

@DeleteMapping("/{id}")
public void deleteById(@PathVariable("id") Long id) {
    hotelService.removeById(id);
    rabbitTemplate.convertAndSend(MqConstants.HOTEL_EXCHANGE,MqConstants.HOTEL_DELETE_KEY,id);
}
}

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mq包新增一个类:

@Component
public class HotelListener {

    @Autowired
    private IHotelService hotelService;


    @RabbitListener(queues = MqConstants.HOTEL_INSERT_QUEUE)
    public void listenHotelInsertOrUpdate(Long id) {
        hotelService.insertByid(id);
    }
    @RabbitListener(queues = MqConstants.HOTEL_DELETE_QUEUE)
    public void listenHotelDElete(Long id) {
        hotelService.deleteById(id);
    }
}

13.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。

  • 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:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第28张图片

现在,每个分片都有1个备份,存储在3个节点:

  • es01:保存了分片1和2
  • es02:保存了分片0和1
  • es03:保存了分片0和2

部署es集群

部署es集群可以直接使用docker-compose来完成,不过要求你的Linux虚拟机至少有4G的内存空间

首先编写一个docker-compose文件,内容如下:

version: '2.2'
services:
  es01:
    image: docker.elastic.co/elasticsearch/elasticsearch:7.12.1
    container_name: es01
    environment:
      - node.name=es01
      - cluster.name=es-docker-cluster
      - discovery.seed_hosts=es02,es03
      - cluster.initial_master_nodes=es01,es02,es03
      - bootstrap.memory_lock=true
      - "ES_JAVA_OPTS=-Xms512m -Xmx512m"
    ulimits:
      memlock:
        soft: -1
        hard: -1
    volumes:
      - data01:/usr/share/elasticsearch/data
    ports:
      - 9200:9200
    networks:
      - elastic
  es02:
    image: docker.elastic.co/elasticsearch/elasticsearch:7.12.1
    container_name: es02
    environment:
      - node.name=es02
      - cluster.name=es-docker-cluster
      - discovery.seed_hosts=es01,es03
      - cluster.initial_master_nodes=es01,es02,es03
      - bootstrap.memory_lock=true
      - "ES_JAVA_OPTS=-Xms512m -Xmx512m"
    ulimits:
      memlock:
        soft: -1
        hard: -1
    volumes:
      - data02:/usr/share/elasticsearch/data
    networks:
      - elastic
  es03:
    image: docker.elastic.co/elasticsearch/elasticsearch:7.12.1
    container_name: es03
    environment:
      - node.name=es03
      - cluster.name=es-docker-cluster
      - discovery.seed_hosts=es01,es02
      - cluster.initial_master_nodes=es01,es02,es03
      - bootstrap.memory_lock=true
      - "ES_JAVA_OPTS=-Xms512m -Xmx512m"
    ulimits:
      memlock:
        soft: -1
        hard: -1
    volumes:
      - data03:/usr/share/elasticsearch/data
    networks:
      - elastic

volumes:
  data01:
    driver: local
  data02:
    driver: local
  data03:
    driver: local

networks:
  elastic:
    driver: bridge

Run docker-compose to bring up the cluster:

docker-compose up

集群脑裂问题

集群职责划分

elasticsearch中集群节点有不同的职责划分:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第29张图片

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:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第30张图片

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node1与其它节点失联,node2和node3认为node1宕机,就会重新选主:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第31张图片

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。

小结

master eligible节点的作用:

  • 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:

  • 数据的CRUD

coordinator节点的作用:

  • 路由请求到其它节点

  • 合并查询到的结果,返回给用户

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?

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:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第32张图片

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:

请添加图片描述

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:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第33张图片

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

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

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第34张图片

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:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第35张图片

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:

ElasticSearch分布式搜索引擎(两万字详解)_第36张图片

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