Elasticsearch原理解析--倒排索引

倒排索引是搜索引擎的核心,本篇文章介绍了ES中倒排索引是如何实现的。
ES默认为字符串会创建倒排索引,具体的实现功能在lucene相关代码中。
倒排索引主要分成两个部分:

  • term->posting(倒排链,docId list)的映射
  • posting。

term->posting的映射

lucene使用FST tree实现term的查找。

term查找分成2个文件(8.7的lucene把metadata分开,多了一个文件)。

term存储时会将一批term存储在一个block中,最少25个,最多48个,这批term的共同前缀作为FST Tree的一个item。

term的索引文件后缀是tip,用来保存FST Tree。

term的数据文件后缀是tim,用来保存term block。

tip文件和tim文件内容见:

https://www.amazingkoala.com.cn/Lucene/suoyinwenjian/2019/0401/43.html

term查找流程如下:

1、根据FST Tree找到termPrefix对应在tim文件中position。FST之前是全内存的,现在是off-heap存储,使用MMap映射。

FST原理介绍:https://www.amazingkoala.com.cn/Lucene/yasuocunchu/2019/0220/35.html

image.png

FST tree构建出上面的树形结构,记录在一个bytes array中,以前lucene是全内存的存储这个bytes array,现在是off-heap存储,使用MMap映射。

2、根据termPrefix位置加载term block,然后遍历每个termSuffix,检查term是否存在。存在的话就能获取到term对应的posting信息。

posting结构

Lucene使用skipList实现posting的快速查找。

posting包括了doc、pos、pay后缀的三个文件,docId list主要是实现在doc文件中,pos存储了一些全文检索的position信息,pay存储了一些附加信息。

doc、pos、pay文件内容见:

https://www.amazingkoala.com.cn/Lucene/suoyinwenjian/2019/0324/42.html

https://www.amazingkoala.com.cn/Lucene/suoyinwenjian/2019/0324/41.html

docId list在doc文件存储两部分内容:

  • docId链表结构,可用来顺序遍历整个docId list。
  • skipList信息。

docId链表结构存储方式:每BLOCK_SIZE(默认为128)个doc压缩存储为一个block,最后一个小于128个doc的block使用vint方式。

skipList最多存储MAX_SKIP_LEVELS层(默认为10),每一层记录若干个docId的postion。第0层记录的是每个docId block的postion。每一层创建了skipMultiplier(默认为8)个doc pos,就在下一层创建一个doc pos。

image.png

上图实例的skipList中,一个block存储3条记录,skipList每3个doc创建下一层的item。

posting查找docId主要有两个方法:

nextDoc:查找下一个docId,这个只要往下遍历docId list即可。

advance:查找某个docId指定的位置。在取交、取差时,需要跳着查docId,这时候要用到skipList,加快docId的查找。

倒排索引查询产生IO的地方:

  1. FST tree现在是offHeap存储,如果查到了不在内存的块,则会产生IO。
  2. 一个term查询,如果前缀没命中,则不产生IO,前缀命中则只会产生一次IO,加载term block,在term block中查找term是否匹配。
  3. 找到的term接下来会去获取posting,如果是一个term,则直接在doc文件中获取docId列表,此时是顺序IO获取数据。如果有多个term要做and、not query,则会有skipList的IO。
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