一、什么是 ElastcSearch？
ElasticSearch 是基于 Lucene 的 Restful 的分布式实时全文搜索引擎。
1.1 ElasticSearh 的基本术语概念
- index 索引
索引类似与 mysql 中的数据库，ES 中的索引是存储数据的地方，包含了一堆有相似结构的文档数据。 - type 类型
类型是用来定义数据结构的，可以认为是 mysql 中的一张表，type 是 index 中的一个逻辑数据分类。 - document 文档
类似于 mysql 中的一行，不同之处在于 ES 中的每个文档可以用不同的字段，但是对于通用的字段应该具有相同的数据类型，文档是 ES 中的最小数据单元，可以认为一个文档就是一条记录。 - field 字段
field 是 ES 的最小单位，一个 document 里面有多个 field 。 - shard 分片
单台机器无法存储大量数据，ES 可以将一个索引中的数据切分为多个 shard，分布在多台服务器上存储。有了 shard 就可以横向扩展，存储更多数据，让搜索和分析等操作分布到多台服务器上去执行，提升吞吐量和性能。 - replica 副本
任何一个服务器随时都可能故障或宕机，此时 shard 可能会丢失，因此可以为每个 shard 创建多个 replica 副本。replica 可以在 shard 故障时提供备用服务，保证数据不丢失，多个 replica 还可以提升搜索操作的吞吐量和性能。 - 倒排索引
在搜索引擎中，每个文档都有一个对应的文档 ID，文档内容被表示为一系列关键词的集合。例如，某个文档经过分词，提取20个关键词，每个关键词都会记录它在文档中出现的次数和出现位置。那么，倒排索引就是关键词到文档 ID 的映射，每个关键词多对应着一系列的文件，这些文件都出现了该关键词。有了倒排索引，搜索引擎可以很方便地响应用户的查询。
二、ES 写数据流程及原理
2.1 写数据流程
- 客户端选择一个节点发送请求过去，这个节点就是协调节点（coordinating node）；
- 协调节点对 document 进行路由，将请求转发给对应的有 primary shard 的节点；
- 实际的节点上的 primary shard 处理请求，然后将数据同步到 replica node；
- 协调节点等到 primary node 和所有 replica node 都执行成功之后，就返回响应结果给客户端；
2.2 写数据底层实现原理
- 数据先写入内存缓存（Memory Buffer），然后定时（默认每隔1s）将内存缓存中的数据写入一个新的 segment 文件中，并进入文件缓存（Filesystem Cache）（同时清空内存缓存），这个过程就叫 refresh；
- 由于内存缓存和文件系统缓存都是基于内存的，如果服务器宕机，那么数据就会丢失，所以 ES 通过 translog 日志文件来保证数据可靠性，在数据写入内存缓存的同时，将数据写入 translog 文件中，在机器宕机重启时，ES 会自动读取 translog 日志文件中的数据，恢复到内存缓存和文件系统缓存中去。
- flush 操作：不断重复上面的步骤，translog 会变得越来越大，当 translog 文件默认每 30 分钟或者阈值超过 512M 时，就会触发 commit 操作，即 flush 操作。
- 1.将 Buffer 中的数据 refush 到 Filesysytem Cache 中，清空 Buffer；
- 2.创建一个新的 commit point，同时强行将 Filesystem Cache 中目前所有的数据都 fsync 到磁盘文件中；
- 3.删除旧的 translog 日志文件并创建一个新的 translog 日志文件，此时 commit 操作完成；
三、ES 搜索的过程
搜索过程被分为 Query then Fetch 两个阶段执行：
- Query 阶段
客户端发送请求到协调节点，协调节点将搜索请求广播到所有的 primary shard 或 replica shard。每个分片在本地执行搜索并构建一个匹配文档的大小为 from+size 的优先队列。每个分片返回各自优先队列中所有文档的 ID 和排序值给协调节点，由协调节点及执行数据的合并、排序、分页等操作，产生最终结果； - Fetch 阶段
协调节点根据 doc Id 去各个节点上查询实际的 document 数据，由协调节点返回结果给客户端。
原理 ：
1、协调节点对 doc Id 进行哈希路由，将请求转发到对应的节点，此时会使用 round-robin 随机轮询算法，在 primary shard 以及所有 replica shard 中随机选择一个，让读请求负载均衡；
2、接受请求的节点返回 document 给协调节点；
3、协调节点返回 document 给客户端；
四、Master 节点的选举
4.1 ES 的分布式原理
ES 会对存储的数据进行切分，将数据划分到不同的分片上，同时每一个分片会保存多个副本，主要是为了保证分布式环境的高可用。在 ES 中，节点时对等的，节点间会选取集群的 Master，由 Master 负责集群状态信息的改变，并同步给其他节点。
4.2 ES 如何选举 Master
ES 的选主是 ZenDiscovery 模块负责的，主要包含 Ping 和 Unicast这两部分；
- 确认候选主节点的最少投票通过数量；
- 对所有候选主节点根据 node Id 字典排序，每次选举每个节点都把自己所知道节点排一次序，然后选出第一个节点，暂时认为它是 Master 节点；
- 如果对某个节点的投票数达到阈值，并且该节点自己也选举自己，那这个节点就是 Master。否则重新选举，一直到满足上诉条件；
4.3 ES 如何避免脑裂现象
- 当集群中 Master 候选节点数不小于 3 个时，可以通过设置最少投票通过数量，设置超过所有候选节点一半以上来解决脑裂问题，即设置为（N / 2）+1；
- 当集群 Master 候选节点只有 2 时，这种情况是不合理的，最好把另外一个 node.master 改成 false；