微服务中间件--分布式搜索ES

分布式搜索ES

11.分布式搜索 ES

a.介绍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。

正向索引和倒排索引

传统数据库(如MySQL)采用正向索引

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

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)

  • 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

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

b.IK分词器

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

c.索引库操作 (类似于MYSQL的Table)

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

创建索引库

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:

json 复制代码
# 创建索引库
PUT /heima
{
  "mappings": {
    "properties": {
      "info":{
        "type": "text",
        "analyzer": "ik_smart"
      },
      "email":{
        "type":"keyword",
        "index": false
      },
      "name":{
        "type":"object",
        "properties": {
          "firstname":{
            "type": "keyword"
          },
          "lastname":{
            "type": "keyword"
          }
        }
      }
    }
  }
}

d.查看、删除、修改 索引库

查看索引库语法:

sh 复制代码
GET /索引库名

示例:

sh 复制代码
GET /heima

删除索引库的语法:

sh 复制代码
DELETE /索引库名

示例:

sh 复制代码
DELETE /heima

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:

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

示例:

json 复制代码
PUT /heima/_mapping
{
  "properties": {
    "age":{
      "type": "integer"
    }
  }
}

e.文档操作 (类似MYSQL的数据)

1) 添加文档

新增文档的DSL语法如下:

json 复制代码
# 插入文档
POST /heima/_doc/1
{
  "info": "黑马程序员",
  "email": "abcd@qq.com",
  "name":{
    "firstname": "云",
    "lastname" : "赵"
  }
}

2) 查看文档

查看文档语法:

sh 复制代码
GET /索引库名/_doc/文档id

示例:

sh 复制代码
GET /heima/_doc/1

3) 删除文档

删除文档的语法:

sh 复制代码
DELETE /索引库名/_doc/文档id

示例:

sh 复制代码
DELETE /heima/_doc/1

4) 修改文档

方式一 :全量修改,会先删除 旧文档,再添加新文档

json 复制代码
# 全量修改文档
PUT /heima/_doc/3
{
  "info": "黑马程序员",
  "email": "zhaoyun@123.com",
  "name":{
    "firstname": "云",
    "lastname" : "赵"
  }
}

方式二 :增量修改,修改指定字段值

json 复制代码
# 局部修改
POST /heima/_update/1
{
  "doc":{
    "email": "zYUN@qq.com"
  }
}

f.RestClient操作索引库

1.引入es的RestHighLevelClient依赖

xml 复制代码
<dependency>
    <groupId>org.elasticsearch.client</groupId>
    <artifactId>elasticsearch-rest-high-level-client</artifactId>
    <version>7.12.1</version>
</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:

xml 复制代码
<properties>
    <java.version>1.8</java.version>
    <elasticsearch.version>7.12.1</elasticsearch.version>
</properties>

3.初始化RestHighLevelClient:

java 复制代码
public class HotelIndexTest {
    private RestHighLevelClient client;

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


    @BeforeEach
    void setUp(){
        this.client = new RestHighLevelClient(RestClient.builder(
                HttpHost.create("http://192.168.58.128:9200")
        ));
    }

    @AfterEach
    void afterAll() throws Exception {
        this.client.close();
    }
}

1) 创建索引库

创建索引库代码如下:

java 复制代码
@Test
void createHotelIndex() throws Exception {
    // 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);
}

在constants/HotelConstant中写入已编辑好的DSL语句

java 复制代码
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" +
            "      },\n" +
            "      \"starName\":{\n" +
            "        \"type\": \"keyword\"\n" +
            "      },\n" +
            "      \"business\":{\n" +
            "        \"type\": \"keyword\",\n" +
            "        \"copy_to\": \"all\"\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" +
            "}";
}

2) 删除索引库/判断索引库

删除索引库代码如下:

java 复制代码
/**
 * 删除索引库
 * @throws Exception
 */
@Test
void testDeleteHotelIndex() throws Exception{
    // 1.创建Request对象
    DeleteIndexRequest request = new DeleteIndexRequest("hotel");
    // 2.发送请求
    client.indices().delete(request, RequestOptions.DEFAULT);
}

判断索引库代码如下:

java 复制代码
/**
 * 判断索引库是否存在
 * @throws Exception
 */
@Test
void testExistsHotelIndex() throws Exception{
    // 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.out.println(exists ? "索引库已经存在" : "索引库不存在");
}

g.RestClient操作文档

1) 新增文档

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:

java 复制代码
@Autowired
private IHotelService hotelService;

/**
 * 新增文档
 */
@Test
void testAddDocument() throws IOException {
    // 根据id查询酒店数据
    Hotel hotel = hotelService.getById(61083L);
    // 转换为文档类型
    HotelDoc hotelDoc = new HotelDoc(hotel);

    // 1.准备Request对象
    IndexRequest request = new IndexRequest("hotel").id(hotelDoc.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);
}

2) 查询文档

根据id查询到的文档数据是json,需要反序列化为java对象:

java 复制代码
/**
 * 查询文档
 * @throws Exception
 */
@Test
void testGetDocument() throws Exception{
    // 1.准备Request
    GetRequest request = new GetRequest("hotel", "61083");
    // 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);
}

3) 修改文档

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
    • 和新增代码没有区别
  • 方式二:局部更新。只更新部分字段
java 复制代码
/**
 * 更新文档
 * @throws Exception
 */
@Test
void testUpdateDocumentById() throws Exception {
    // 1.创建Request对象
    UpdateRequest request = new UpdateRequest("hotel", "61083");
    // 2.准备参数,每2个参数为一对 key value
    request.doc(
            "price","952",
            "starName","四钻"
    );
    // 3.更新文档
    client.update(request, RequestOptions.DEFAULT);
}

4) 删除文档

删除文档代码如下:

java 复制代码
/**
 * 删除文档
 * @throws Exception
 */
@Test
void testDeleteDocument() throws Exception{
    // 1.创建Request对象
    DeleteRequest request = new DeleteRequest("hotel", "61083");
    // 3.更新文档
    client.delete(request, RequestOptions.DEFAULT);
}

5) 批量导入数据到ES

需求:批量查询酒店数据,然后批量导入索引库中

  • 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
java 复制代码
/**
 * 批量导入数据到ES
 * @throws Exception
 */
@Test
void testBulkRequest() throws Exception {
    // 批量查询酒店数据
    List<Hotel> hotels = hotelService.list();

    // 1.创建Request对象
    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);
}

h.DSL查询文档

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

1) 查询所有

DSL Query基本语法

查询的基本语法如下: 查询所有不需要指定条件值

json 复制代码
# 查询所有
GET /hotel/_search
{
  "query": {
    "match_all": {}
  }
}

2) 全文检索查询

全文检索查询,会对用户输入内容分词,常用于搜索框搜索:

  • match查询 (推荐):全文检索查询的一种,会对用户输入内容分词,然后去倒排索引库检索
json 复制代码
# match查询
GET /hotel/_search
{
  "query": {
    "match": {
      "all": "外滩如家"
    }
  }
}
  • multi_match:与match查询类似,只不过允许同时查询多个字段 (参与查询的字段越多,会降低性能)
json 复制代码
# multi_match查询
GET /hotel/_search
{
  "query": {
    "multi_match": {
      "query": "外滩如家",
      "fields": ["brand", "name", "business"]
    }
  }
}

3) 精确查询

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 (如:品牌名,城市名,城市星级)
  • range:根据值的范围查询 (如:价格,日期,评分)
json 复制代码
# term查询
GET /hotel/_search
{
  "query": {
    "term": {
      "city": {
        "value": "深圳"
      }
    }
  }
}
json 复制代码
# range查询
GET /hotel/_search
{
  "query": {
    "range": {
      "price": {
        "gte": 1000,
        "lte": 3000
      }
    }
  }
}

gte 大于等于,gt 大于,lte 小于等于,lt 小于

4) 地理查询

根据经纬度查询。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

根据经纬度查询,官方文档。例如:

  • geo_bounding_box:查询geo_point值落在某个矩形范围的所有文档
  • geo_distance:查询到指定中心点小于某个距离值的所有文档
json 复制代码
# geo_distance查询
GET /hotel/_search
{
  "query": {
    "geo_distance": {
      "distance": "5km",
      "location": "31.21, 121.5"
    }
  }
}

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

  • 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。例如百度竞价

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。

1) Function Score Query

使用 function score query,可以修改文档的相关性算分(query score),根据新得到的算分排序。

案例:给"外滩如家"这个品牌的酒店排名靠前一些

  • 1.哪些文档需要算分加权? 品牌为如家的酒店
  • 2.算分函数是什么? weight就可以
  • 3.加权模式是什么? 求和
json 复制代码
# function_score查询
GET /hotel/_search
{
  "query": {
    "function_score": {
      "query": {
        "match": {
          "all": "外滩"
        }
      },
      "functions": [
        {
          "filter": {
            "term": {
              "brand": "如家"
            }
          },
          "weight": 10
        }
      ],
      "boost_mode": "sum"
    }
  }
}

2) Boolean Query

布尔查询是一个或多个查询子句的组合。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

案例:利用bool查询实现功能,需求:搜索名字包含"如家",价格不高于400,在坐标31.21,121.5周围10km范围内的酒店。

json 复制代码
# boolean查询
GET /hotel/_search
{
  "query": {
    "bool": {
      "must": [
        {
          "match": {
            "name": "如家"
          }
        }
      ],
      "must_not": [
        {
          "range": {
            "price": {
              "gt": 400
            }
          }
        }
      ],
      "filter": [
        {
          "geo_distance": {
            "distance": "10km",
            "location": {
              "lat": 31.21,  
              "lon": 121.5
            }
          }
        }
      ]
    }
  }
}	

i.DSL搜索结果处理

1) 排序

ES支持对搜索结果排序,默认是根据相关度算分(_score)来排序。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。

案例:对酒店数据按照用户评价降序排序,评价相同的按照价格升序排序

  • 评价是score字段,价格是price字段,按照顺序添加两个排序规则即可。
json 复制代码
# sort排序
GET /hotel/_search
{
  "query": {
    "match_all": {}
  },
  "sort": [
    {
      "score": "desc"
      
    },
    {
      "price": "asc"
    }
  ]
}

案例:实现对酒店数据按照到你的位置坐标的距离升序排序

json 复制代码
# 距离排序
GET /hotel/_search
{
  "query": {
    "match_all": {}
  },
  "sort": [
    {
      "_geo_distance": {
        "location": {
          "lat": 23.012575,
          "lon": 113.766782
        },
        "order": "asc",
        "unit": "km"
      }
    }
  ]
}

2) 分页

ES 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。

ES中通过修改from、size参数来控制要返回的分页结果:

深度分页解决方案

针对深度分页,ES提供了两种解决方案:

  • 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:原理将排序数据形成快照,保存在内存。官方已经不推荐使用。

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。

3) 高亮

高亮:就是在搜索结果中把搜索关键字突出显示。

原理是这样的:

  • 将搜索结果中的关键字用标签标记出来
  • 在页面中给标签添加css样式

默认情况下,ES搜索字段与高亮字段一致

  • 可以加上是否匹配的参数 "require_field_match": "false",默认true
java 复制代码
# 高亮查询,
GET /hotel/_search
{
  "query": {
    "match": {
      "all": "如家"
    }
  },
  "highlight": {
    "fields": {
      "name": {
        "require_field_match": "false"
      }
    }
  }
}

j.RestClient查询文档

通过match_all来演示下基本的API,先看请求DSL的组织:

java 复制代码
/**
 * match_all
 * @throws IOException
 */
@Test
void testMatchAll() throws IOException {
    // 1.准备Request
    SearchRequest request = new SearchRequest("hotel");
    // 2.准备DSL
    request.source().query(QueryBuilders.matchAllQuery());
    // 3.发送请求
    SearchResponse response = client.search(request, RequestOptions.DEFAULT);
    // 4.解析结果
    handleResponse(response);
}

/**
 * 抽取出解析结果的代码
 */
private void handleResponse(SearchResponse response) {
    // 4.解析结果
    SearchHits searchHits = response.getHits();
    // 4.1.查询的总条数
    long total = searchHits.getTotalHits().value;
    System.out.println("共搜索到" + total + "条数据");
    // 4.2.查询的文档数组
    SearchHit[] hits = searchHits.getHits();
    for (SearchHit hit : hits) {
        // 4.3.获取文档source
        String json = hit.getSourceAsString();
        // 4.4.反序列化
        HotelDoc hotelDoc = JSON.parseObject(json, HotelDoc.class);
        System.out.println("hotelDoc = " + hotelDoc);
    }
}

RestAPI中其中构建DSL是通过HighLevelRestClient中的resource()来实现的,其中包含了查询、排序、分页、高亮等所有功能:

RestAPI中其中构建查询条件的核心部分是由一个名为QueryBuilders的工具类提供的,其中包含了各种查询方法:

1) 全文检索文档

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。

同样是利用QueryBuilders提供的方法:



java 复制代码
/**
 * match / multi_match / term / range / Boolean Query
 * @throws IOException
 */
@Test
void testMatch() throws IOException {
    // 1.准备Request
    SearchRequest request = new SearchRequest("hotel");
    // 2.准备DSL
//        request.source().query(QueryBuilders.matchQuery("all", "上海如家")); // match
//        request.source().query(QueryBuilders.multiMatchQuery("上海如家", "name", "brand", "business")); // match_all
//        request.source().query(QueryBuilders.termQuery("city", "深圳")); // term
//        request.source().query(QueryBuilders.rangeQuery("price").gte(100).lte(550)); // range
    // Boolean Query 创建布尔查询
    BoolQueryBuilder boolQuery = QueryBuilders.boolQuery();
    // 添加must条件
    boolQuery.must(QueryBuilders.termQuery("city", "深圳"));
    // 添加filter条件
    boolQuery.filter(QueryBuilders.rangeQuery("price").gte(200).lte(500));
    request.source().query(boolQuery);
    // 3.发送请求
    SearchResponse response = client.search(request, RequestOptions.DEFAULT);
    // 4.解析结果
    handleResponse(response);
}

要构建查询条件,只要记住一个类:QueryBuilders

2) 排序和分页

搜索结果的排序和分页是与query同级的参数,对应的API如下:

java 复制代码
/**
 * 排序和分页
 * @throws IOException
 */
@Test
void testPageAndSort() throws IOException {
    // 模拟前端传值的 页码,每页大小
    int page = 1, size = 5;

    // 1.准备Request
    SearchRequest request = new SearchRequest("hotel");
    // 2.准备DSL
    // 2.1.query
    request.source().query(QueryBuilders.matchAllQuery());
    // 2.2.排序sort
    request.source().sort("price", SortOrder.ASC);
    // 2.3.分页 from、size
    request.source().from((page - 1) * size).size(size);
    // 3.发送请求
    SearchResponse response = client.search(request, RequestOptions.DEFAULT);
    // 4.解析结果
    handleResponse(response);
}

3) 高亮

高亮API包括请求DSL构建和结果解析两部分。

java 复制代码
/**
 * 高亮
 * @throws IOException
 */
@Test
void testHighlight() throws IOException {
    // 1.准备Request
    SearchRequest request = new SearchRequest("hotel");
    // 2.准备DSL
    // 2.1.query
    request.source().query(QueryBuilders.matchQuery("all", "如家"));
    // 2.2.highlight
    request.source().highlighter(new HighlightBuilder().field("name").requireFieldMatch(false));
    // 3.发送请求
    SearchResponse response = client.search(request, RequestOptions.DEFAULT);
    // 4.解析结果
    handleResponse(response);
}

在解析结果的类上,加上解析高亮的处理逻辑

java 复制代码
private void handleResponse(SearchResponse response) {
    // 4.解析结果
    SearchHits searchHits = response.getHits();
    // 4.1.查询的总条数
    long total = searchHits.getTotalHits().value;
    System.out.println("共搜索到" + total + "条数据");
    // 4.2.查询的文档数组
    SearchHit[] hits = searchHits.getHits();
    for (SearchHit hit : hits) {
        // 4.3.获取文档source
        String json = hit.getSourceAsString();
        // 4.4.反序列化
        HotelDoc hotelDoc = JSON.parseObject(json, HotelDoc.class);
        // 获取高亮结果
        Map<String, HighlightField> highlightFields = hit.getHighlightFields();
        if (!CollectionUtils.isEmpty(highlightFields)) {
            // 根据字段名获取高亮结果
            HighlightField highlightField = highlightFields.get("name");
            if (highlightField != null){
                // 获取高亮值
                String name = highlightField.getFragments()[0].string();
                // 覆盖非高亮结果
                hotelDoc.setName(name);
            }
        }
        System.out.println("hotelDoc = " + hotelDoc);
    }
}
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