分布式搜索引擎ES

小吴在敲Bug2023-11-13 10:19

文章目录

初识elasticsearch

了解ES

elasticsearch的作用

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

例如：

  • 在GitHub搜索代码
  • 在电商网站搜索商品
  • 在百度搜索答案

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：

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

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？

目前比较知名的搜索引擎技术排名：

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：

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：

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：

  • 用户搜索数据，条件是title符合"%手机%"

  • 逐行获取数据，比如id为1的数据

  • 判断数据中的title是否符合用户搜索条件

  • 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。例如：我是中国人，就可以分为：我、是、中国人、中国、国人这样的几个词条

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：

倒排索引的搜索流程如下（以搜索"华为手机"为例）：

  • 用户输入条件"华为手机"进行搜索
  • 对用户输入内容分词 ，得到词条：华为、手机
  • 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
  • 拿着文档id到正向索引中查找具体文档

如图：

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。

  • 而倒排索引 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：

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） ：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

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；

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

安装ES

  • 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

  • 加载镜像

    由于elasticsearch镜像比较大，不建议直接pull，所以我们从官网下载，将其上传到虚拟机中，然后运行命令加载即可：docker load -i es.tar

    同理还有kibana的tar包也需要这样做

  • 运行docker命令，部署单点es：

    java 复制代码 
    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://192.168.1.12:9200 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

部署

  • 运行docker命令，部署kibana

    java 复制代码 
    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 查看运行日志，当查看到下面的日志，说明成功：

安装IK分词器

  • 在线安装ik插件（较慢）

    java 复制代码 
    # 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（推荐）

    • 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

    • 下载解压缩分词器安装包 ，重命名为ik

    • 上传到es容器的插件数据卷中：也就是/var/lib/docker/volumes/es-plugins/_data

    • 重启容器：docker restart es

  • 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

    java 复制代码 
    GET /_analyze
{
  "analyzer": "ik_max_word",
  "text": "小吴在敲Bug"
}

    结果：

    java 复制代码 
    {
  "tokens" : [
    {
      "token" : "小吴",
      "start_offset" : 0,
      "end_offset" : 2,
      "type" : "CN_WORD",
      "position" : 0
    },
    {
      "token" : "在",
      "start_offset" : 2,
      "end_offset" : 3,
      "type" : "CN_CHAR",
      "position" : 1
    },
    {
      "token" : "敲",
      "start_offset" : 3,
      "end_offset" : 4,
      "type" : "CN_CHAR",
      "position" : 2
    },
    {
      "token" : "bug",
      "start_offset" : 4,
      "end_offset" : 7,
      "type" : "ENGLISH",
      "position" : 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"，"尊嘟假嘟" 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

  • 打开IK分词器config目录在IKAnalyzer.cfg.xml配置文件内容添加：

    java 复制代码 
    <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE properties SYSTEM "http://java.sun.com/dtd/properties.dtd">
<properties>
        <comment>IK Analyzer 扩展配置</comment>
        <!--用户可以在这里配置自己的扩展字典 *** 添加扩展词典-->
        <entry key="ext_dict">ext.dic</entry>
</properties>

  • 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

    java 复制代码 
    尊嘟假嘟
奥力给

  • 重启elasticsearch ： docker restart es

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

  • IKAnalyzer.cfg.xml配置文件内容添加：

    java 复制代码 
    <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE properties SYSTEM "http://java.sun.com/dtd/properties.dtd">
<properties>
        <comment>IK Analyzer 扩展配置</comment>
        <!--用户可以在这里配置自己的扩展字典-->
        <entry key="ext_dict">ext.dic</entry>
         <!--用户可以在这里配置自己的扩展停止词字典  *** 添加停用词词典-->
        <entry key="ext_stopwords">stopword.dic</entry>
</properties>

  • 在 stopword.dic 添加停用词

    java 复制代码 
    啊
哦
额

  • 重启elasticsearch ： docker restart es

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：

java 复制代码 
{
    "age": 21,
    "weight": 52.1,
    "isMarried": false,
    "info": "小吴在敲Bug",
    "email": "zy@itcast.cn",
    "score": [99.1, 99.5, 98.9],
    "name": {
        "firstName": "云",
        "lastName": "赵"
    }
}

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：

java 复制代码 
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
    }
  }
}

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

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：

java 复制代码 
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

文档操作

  • 新增文档

    java 复制代码 
    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"
    },
    // ...
}

  • 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
    GET /{索引库名称}/_doc/{id}

  • 删除文档：删除使用DELETE请求，同样，需要根据id进行删除：
    DELETE /{索引库名}/_doc/id值

  • 修改文档

    修改有两种方式：

    • 全量修改：直接覆盖原来的文档

      • 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
      java 复制代码 
      PUT /{索引库名}/_doc/文档id
{
    "字段1": "值1",
    "字段2": "值2",
    // ... 略
}

    • 增量修改：修改文档中的部分字段

      增量修改是只修改指定id匹配的文档中的部分字段

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

RestClient操作索引库

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

其中的Java Rest Client又包括两种：

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

    我们学习的是Java High Level Rest Client客户端API

导入Demo工程

  • 导入数据

    首先导入课前资料提供的数据库数据：

    数据结构如下：

    java 复制代码 
    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;

  • 导入项目

    然后导入课前资料提供的项目:

    项目结构如图：

  • 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

    酒店数据的索引库结构:

    java 复制代码 
    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"
      },
      "starName":{
        "type": "keyword"
      },
      "business":{
        "type": "keyword",
        "copy_to": "all"
      },
      "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

    地理坐标说明：

    copy_to说明：

  • 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

    • 引入es的RestHighLevelClient依赖：

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

    • 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：

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

    • 初始化RestHighLevelClient：

      java 复制代码 
      RestHighLevelClient client = new RestHighLevelClient(RestClient.builder(
        HttpHost.create("http://192.168.1.12:9200")
));

      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：

      java 复制代码 
      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

创建索引库的API如下：

代码分为三步：

  • 创建Request对象。因为是创建索引库的操作，因此Request是CreateIndexRequest
  • 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
  • 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

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：

java 复制代码 
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：

java 复制代码 
@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：

  • 创建Request对象。这次是DeleteIndexRequest对象
  • 准备参数。这里是无参
  • 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：

java 复制代码 
@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：

  • 创建Request对象。这次是GetIndexRequest对象
  • 准备参数。这里是无参
  • 发送请求。改用exists方法
java 复制代码 
@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！");
}

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
java 复制代码 
@SpringBootTest
public class HotelDocumentTest {
    @Autowired
    private IHotelService hotelService;

    private RestHighLevelClient client;

    @BeforeEach
    void setUp() {
        this.client = new RestHighLevelClient(RestClient.builder(
                HttpHost.create("http://192.168.1.12:9200")
        ));
    }

    @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：

    java 复制代码 
    @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：

    java 复制代码 
    @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：

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

    对应的java代码如图：

    可以看到与创建索引库类似，同样是三步走：

    • 创建Request对象
    • 准备请求参数，也就是DSL中的JSON文档
    • 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：

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

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

    java 复制代码 
    @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

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

不过查询的目的是得到结果，解析为HotelDoc，因此难点是结果的解析。完整代码如下：

可以看到，结果是一个JSON，其中文档放在一个_source属性中，因此解析就是拿到_source，反序列化为Java对象即可。

与之前类似，也是三步走：

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

完整代码

java 复制代码 
@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);
}

修改文档

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。

代码示例如图：

与之前类似，也是三步走：

  • 准备Request对象。这次是修改，所以是UpdateRequest
  • 准备参数。也就是JSON文档，里面包含要修改的字段
  • 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：

java 复制代码 
@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);
}

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：

  • 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
  • 准备参数，无参
  • 发送请求。因为是删除，所以是client.delete()方法

完整代码

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

java 复制代码 
@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);
}

批量导入文档

案例需求：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

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

其中提供了一个add方法，用来添加其他请求：

可以看到，能添加的请求包括：

  • IndexRequest，也就是新增
  • UpdateRequest，也就是修改
  • DeleteRequest，也就是删除

因此Bulk中添加了多个IndexRequest，就是批量新增功能了。示例：

其实还是三步走：

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

完整代码
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

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

java 复制代码 
@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);
}

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：

java 复制代码 
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
java 复制代码 
// 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

例如京东：

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：

java 复制代码 
GET /indexName/_search
{
  "query": {
    "match": {
      "字段名": "查询的关键字"
    }
  }
}

mulit_match语法如下：

java 复制代码 
GET /indexName/_search
{
  "query": {
    "multi_match": {
      "query": "查询的关键字",
      "fields": ["字段名1", "字段名2"]
    }
  }
}

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：

java 复制代码 
// term查询
GET /indexName/_search
{
  "query": {
    "term": {
      "字段名": {
        "value": "关键字"
      }
    }
  }
}

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：

java 复制代码 
// range查询
GET /indexName/_search
{
  "query": {
    "range": {
      "字段名": {
        "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
      }
    }
  }
}

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

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：

java 复制代码 
GET /indexName/_search
{
  "query": {
    "geo_bounding_box": {
      "字段名": {
        "top_left": { // 左上点
          "lat": 31.1,
          "lon": 121.5
        },
        "bottom_right": { // 右下点
          "lat": 30.9,
          "lon": 121.7
        }
      }
    }
  }
}

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：

java 复制代码 
GET /indexName/_search
{
  "query": {
    "geo_distance": {
      "distance": "15km", // 半径
      "字段名": "31.21,121.5" // 圆心
    }
  }
}

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

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。如图：

要想人为控制相关性算分，就需要利用elasticsearch中的function score 查询了

语法说明

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：

  • 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）
  • 根据过滤条件，过滤文档
  • 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）
  • 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

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：

java 复制代码 
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
    }
  }
}

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

语法示例：

java 复制代码 
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 } }}
      ]
    }
  }
}

示例

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。

分析：

  • 名称搜索，属于全文检索查询，应该参与算分。放到must中
  • 价格不高于400，用range查询，属于过滤条件，不参与算分。放到must_not中
  • 周围10km范围内，用geo_distance查询，属于过滤条件，不参与算分。放到filter中

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：

java 复制代码 
GET /indexName/_search
{
  "query": {
    "match_all": {}
  },
  "sort": [
    {
      "字段名": "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
语法说明：

java 复制代码 
GET /indexName/_search
{
  "query": {
    "match_all": {}
  },
  "sort": [
    {
      "_geo_distance" : {
          "字段名" : "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

java 复制代码 
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：

java 复制代码 
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

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。

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：

  • 给文档中的所有关键字都添加一个标签，例如<em>标签
  • 页面给<em>标签编写CSS样式

实现高亮

高亮的语法：

java 复制代码 
GET /hotel/_search
{
  "query": {
    "match": {
      "字段名": "关键字" // 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
      "字段名": {
        "pre_tags": "<em>",  // 用来标记高亮字段的前置标签
        "post_tags": "</em>" // 用来标记高亮字段的后置标签
      }
    }
  }
}

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

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：

  • 准备Request对象
  • 准备请求参数
  • 发起请求
  • 解析响应

快速入门

发起查询请求

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

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

match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

完整代码如下：

java 复制代码 
@Test
void testMatch() throws IOException {
    // 1.准备Request
    SearchRequest request = new SearchRequest("hotel");
    // 2.准备DSL
    request.source()
        .query(QueryBuilders.matchQuery("all", "如家"));
    // 3.发送请求
    SearchResponse response = client.search(request, RequestOptions.DEFAULT);
    // 4.解析响应
    handleResponse(response);

}

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

查询条件构造的API如下：

复合查询

布尔查询是用must、must_not、filter等方式组合其它查询，代码示例如下：

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

完整代码如下：

java 复制代码 
@Test
void testBool() throws IOException {
    // 1.准备Request
    SearchRequest request = new SearchRequest("hotel");
    // 2.准备DSL
    // 2.1.准备BooleanQuery
    BoolQueryBuilder boolQuery = QueryBuilders.boolQuery();
    // 2.2.添加term
    boolQuery.must(QueryBuilders.termQuery("city", "杭州"));
    // 2.3.添加range
    boolQuery.filter(QueryBuilders.rangeQuery("price").lte(250));

    request.source().query(boolQuery);
    // 3.发送请求
    SearchResponse response = client.search(request, RequestOptions.DEFAULT);
    // 4.解析响应
    handleResponse(response);

}

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

对应的API如下：

完整代码示例：

java 复制代码 
@Test
void testPageAndSort() throws IOException {
    // 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(5);
    // 3.发送请求
    SearchResponse response = client.search(request, RequestOptions.DEFAULT);
    // 4.解析响应
    handleResponse(response);
}

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

高亮请求构建

高亮请求的构建API如下：

上述代码省略了查询条件部分，但是大家不要忘了：高亮查询必须使用全文检索查询，并且要有搜索关键字，将来才可以对关键字高亮

完整代码如下：

java 复制代码 
@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.高亮
    request.source().highlighter(new HighlightBuilder().field("name").requireFieldMatch(false));
    // 3.发送请求
    SearchResponse response = client.search(request, RequestOptions.DEFAULT);
    // 4.解析响应
    handleResponse(response);
}

高亮结果解析

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：

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：

java 复制代码 
private void handleResponse(SearchResponse response) {
    // 4.解析响应
    SearchHits searchHits = response.getHits();
    // 4.1.获取总条数
    long total = searchHits.getTotalHits().value;
    System.out.println("共搜索到" + total + "条数据");
    // 4.2.文档数组
    SearchHit[] hits = searchHits.getHits();
    // 4.3.遍历
    for (SearchHit hit : hits) {
        // 获取文档source
        String json = hit.getSourceAsString();
        // 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);
    }
}

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。

聚合常见的有三类：

注意： 参加聚合的字段必须是keyword、日期、数值、布尔类型

  • 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

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：

java 复制代码 
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": 20 // 希望获取的聚合结果数量
      }
    }
  }
}

结果如图：

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：

java 复制代码 
GET /hotel/_search
{
  "size": 0, 
  "aggs": {
    "brandAgg": {
      "terms": {
        "field": "brand",
        "order": {
          "_count": "asc" // 按照_count升序排列
        },
        "size": 20
      }
    }
  }
}

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：

java 复制代码 
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": 20
      }
    }
  }
}

这次，聚合得到的品牌明显变少了：

Metric聚合语法

上面，我们对酒店按照品牌分组，形成了一个个桶。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stat聚合：就可以获取min、max、avg等结果

语法如下：

java 复制代码 
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：

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：

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：

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，如图：

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

安装方式与IK分词器一样，分三步：

  • 下载解压

  • 上传到虚拟机中，elasticsearch的plugin目录

  • 重启elasticsearch

  • 测试用法如下：

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

    结果：

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：

声明自定义分词器的语法如下：

java 复制代码 
PUT /test
{
  "settings": {
    "analysis": {
      "analyzer": { 
        "my_analyzer": { 
          "tokenizer": "ik_max_word",
          "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": {
      "name":{
        "type": "text",
        "analyzer": "my_analyzer",
        "search_analyzer": "ik_smart"
      }
    }
  }
}

测试：

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：

java 复制代码 
# 创建索引库
PUT test
{
  "mappings": {
    "properties": {
      "title":{
        "type": "completion"
      }
    }
  }
}

然后插入下面的数据：

java 复制代码 
# 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：

java 复制代码 
# 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

java 复制代码 
// 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<String>，然后将brand、city、business等信息放到里面

java 复制代码 
@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，可以看到新的酒店数据中包含了suggestion：

自动补全查询的JavaAPI

之前我们学习了自动补全查询的DSL，而没有学习对应的JavaAPI，这里给出一个示例：

而自动补全的结果也比较特殊，解析的代码如下：

实现搜索框自动补全

查看前端页面，可以发现当我们在输入框键入时，前端会发起ajax请求：

返回值是补全词条的集合，类型为List<String>

  • 在cn.itcast.hotel.web包下的HotelController中添加新接口，接收新的请求：

    java 复制代码 
    @GetMapping("suggestion")
public List<String> getSuggestions(@RequestParam("key") String prefix) {
    return hotelService.getSuggestions(prefix);
}

  • 在cn.itcast.hotel.service包下的IhotelService中添加方法：

    java 复制代码 
    List<String> getSuggestions(String prefix);

  • 在cn.itcast.hotel.service.impl.HotelService中实现该方法：

    java 复制代码 
    @Override
public List<String> getSuggestions(String prefix) {
    try {
        // 1.准备Request
        SearchRequest request = new SearchRequest("hotel");
        // 2.准备DSL
        request.source().suggest(new SuggestBuilder().addSuggestion(
            "suggestions",
            SuggestBuilders.completionSuggestion("suggestion")
            .prefix(prefix)
            .skipDuplicates(true)
            .size(10)
        ));
        // 3.发起请求
        SearchResponse response = client.search(request, RequestOptions.DEFAULT);
        // 4.解析结果
        Suggest suggest = response.getSuggest();
        // 4.1.根据补全查询名称，获取补全结果
        CompletionSuggestion suggestions = suggest.getSuggestion("suggestions");
        // 4.2.获取options
        List<CompletionSuggestion.Entry.Option> options = suggestions.getOptions();
        // 4.3.遍历
        List<String> list = new ArrayList<>(options.size());
        for (CompletionSuggestion.Entry.Option option : options) {
            String text = option.getText().toString();
            list.add(text);
        }
        return list;
    } catch (IOException e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }
}

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：

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：

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：

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

思路：

利用课前资料提供的hotel-admin项目作为酒店管理的微服务。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：

  • 导入课前资料提供的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

导入demo
导入课前资料提供的hotel-admin项目：

运行后，访问 http://localhost:8099

其中包含了酒店的CRUD功能：

声明交换机、队列：

  • 引入依赖

    在hotel-admin、hotel-demo中引入rabbitmq的依赖：

    java 复制代码 
    <!--amqp-->
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-amqp</artifactId>
</dependency>

  • 配置mq地址

    java 复制代码 
    spring:
  rabbitmq:
    host: 192.168.1.12
    port: 5672
    username: xiaowu
    password: 123321
    virtual-host: /

  • 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：

    java 复制代码 
     public class MqConstants {
    /**
     * 交换机
     */
    public final static String HOTEL_EXCHANGE = "hotel.topic";
    /**
     * 监听新增和修改的队列
     */
    public final static String HOTEL_INSERT_QUEUE = "hotel.insert.queue";
    /**
     * 监听删除的队列
     */
    public final static String HOTEL_DELETE_QUEUE = "hotel.delete.queue";
    /**
     * 新增或修改的RoutingKey
     */
    public final static String HOTEL_INSERT_KEY = "hotel.insert";
    /**
     * 删除的RoutingKey
     */
    public final static String HOTEL_DELETE_KEY = "hotel.delete";
}

  • 声明队列交换机

    在hotel-demo中，定义配置类，声明队列、交换机：

    java 复制代码 
    @Configuration
public class MqConfig {
    @Bean
    public TopicExchange topicExchange(){
        return new TopicExchange(MqConstants.HOTEL_EXCHANGE, true, false);
    }

    @Bean
    public Queue insertQueue(){
        return new Queue(MqConstants.HOTEL_INSERT_QUEUE, true);
    }

    @Bean
    public Queue deleteQueue(){
        return new Queue(MqConstants.HOTEL_DELETE_QUEUE, true);
    }

    @Bean
    public Binding insertQueueBinding(){
        return BindingBuilder.bind(insertQueue()).to(topicExchange()).with(MqConstants.HOTEL_INSERT_KEY);
    }

    @Bean
    public Binding deleteQueueBinding(){
        return BindingBuilder.bind(deleteQueue()).to(topicExchange()).with(MqConstants.HOTEL_DELETE_KEY);
    }
}

  • 发送MQ消息

    在hotel-admin中的增、删、改业务中分别发送MQ消息

  • 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

    首先在hotel-demo的cn.itcast.hotel.service包下的IHotelService中新增新增、删除业务

    java 复制代码 
    void deleteById(Long id);

void insertById(Long id);

    给hotel-demo中的cn.itcast.hotel.service.impl包下的HotelService中实现业务：

    java 复制代码 
    @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);
    }
}

    编写监听器：在hotel-demo中的cn.itcast.hotel.mq包新增一个类：

    java 复制代码 
    @Component
public class HotelListener {

    @Autowired
    private IHotelService hotelService;

    /**
     * 监听酒店新增或修改的业务
     * @param id 酒店id
     */
    @RabbitListener(queues = MqConstants.HOTEL_INSERT_QUEUE)
    public void listenHotelInsertOrUpdate(Long id){
        hotelService.insertById(id);
    }

    /**
     * 监听酒店删除的业务
     * @param id 酒店id
     */
    @RabbitListener(queues = MqConstants.HOTEL_DELETE_QUEUE)
    public void listenHotelDelete(Long id){
        hotelService.deleteById(id);
    }
}

ES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

    此处，我们把数据分成3片：shard0、shard1、shard2
  • 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：

现在，每个分片都有1个备份，存储在3个节点：

  • node0：保存了分片0和1
  • node1：保存了分片0和2
  • node2：保存了分片1和2

搭建集群

创建es集群

首先编写一个docker-compose文件，内容如下：

java 复制代码 
version: '2.2'
services:
  es01:
    image: elasticsearch:7.12.1 #镜像
    container_name: es01	#容器名称
    environment:	#环境变量
      - node.name=es01	#节点名称
      - cluster.name=es-docker-cluster #集群名称
      - discovery.seed_hosts=es02,es03	#集群中其他节点的地址
      - cluster.initial_master_nodes=es01,es02,es03 #初始化的主节点
      - "ES_JAVA_OPTS=-Xms512m -Xmx512m" #JVM堆内存大小
    volumes:
      - data01:/usr/share/elasticsearch/data
    ports:
      - 9200:9200
    networks:
      - elastic
  es02:
    image: 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
      - "ES_JAVA_OPTS=-Xms512m -Xmx512m"
    volumes:
      - data02:/usr/share/elasticsearch/data
    ports:
      - 9201:9200
    networks:
      - elastic
  es03:
    image: 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
      - "ES_JAVA_OPTS=-Xms512m -Xmx512m"
    volumes:
      - data03:/usr/share/elasticsearch/data
    networks:
      - elastic
    ports:
      - 9202:9200
volumes:
  data01:
    driver: local
  data02:
    driver: local
  data03:
    driver: local

networks:
  elastic:
    driver: bridge

es运行需要修改一些linux系统权限，修改/etc/sysctl.conf文件

java 复制代码 
vi /etc/sysctl.conf

添加下面的内容：

java 复制代码 
vm.max_map_count=262144

然后执行命令，让配置生效：

java 复制代码 
sysctl -p

通过docker-compose启动集群：

java 复制代码 
docker-compose up -d

集群状态监控

kibana可以监控es集群，不过新版本需要依赖es的x-pack 功能，配置比较复杂

这里推荐使用cerebro来监控es集群状态，解压即可使用，非常方便

解压好的目录如下：

进入对应的bin目录：

双击其中的cerebro.bat文件即可启动服务

访问http://localhost:9000 即可进入管理界面：

输入你的elasticsearch的任意节点的地址和端口，点击connect即可：

绿色的条，代表集群处于绿色（健康状态）

集群脑裂问题

集群脑裂问题

elasticsearch中集群节点有不同的职责划分：

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，但是内存要求低
  • 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：

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，主节点与其它节点失联：

此时，node2和node3认为node1宕机，就会重新选主：

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

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：

结果：

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：

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：

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

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

  • 例如一个集群结构如图：

    现在，node1是主节点，其它两个节点是从节点
  • 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：
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