ES查询新老数据速率差的问题探析

问题背景

在用户的实际使用中发现,某一简单查询,查询一段时间内符合要求的记录,查询老旧数据,响应速度在1秒左右,而查询包含最近数据的同类查询则慢到十秒左右,且存在超时的现象。老旧数据比如说今年5月份之前的数据,新数据比如说今年6月份的数据,对比的查询仅仅只有时间段的差异,没有排序,也没有模糊匹配。

另外,在出现慢查询时,CPU利用率几乎飙升到100%。

问题分析

是分片的存储倾斜导致的吗?

用户的数据量有几十TB,几百亿条数据。首先是怀疑分片分配或者存储不均匀的问题导致,而现场的实际是该索引一共设置了1000分片,此后未再设计按月份存储拆分索引这种操作,也就是所谓5月份或者6月份的记录数据都是叠放在相同的索引分片中,均匀分散在1000个分片里,新老数据不存在分布的区别,这边从两份查询结果命中的分片数相等也可见一斑。

是新数据段尚未合并导致的吗?

新的索引数据写入时, ES会创建新的段,通过后台的实际检测发现,随机抽取了一个分片目录,里面共有200+的文件数,其中数据段的数量在80+,属于较多的情况。因此首先考虑执行一下段合并。

通过Kibana执行POST强制合并的请求时,往往会报请求超时的错误,这时无需去调大超时时间。因为这个调用将阻塞直到合并完成。如果http连接丢失,请求将在后台继续进行,任何新的请求将被阻止,直到之前的强制合并完成。

等到观察到合并执行结束后,再去尝试比较查询速度,绝对速度略有提升,但相对速度仍然有数倍的差异。方向对了,但不全对,问题的根因不在于此。

查询缓存的影响?

如此巨大的速度差异,可能是ES查询缓存引起的。

进行了一些简单的查询顺序调换,得到的结果仍然是查询最新的数据较慢。同时也发现,对慢查询直接进行第二次查询的时候,速度确实特别快,从十秒到低于1秒,这应该是直接使用缓存的效果了。

那么也不是由于缓存引发的。但这里没有拿到一手完整的数据,存疑。

分析总结

这种现象的原因可能是:

  1. Segments(段):ES将索引划分为多个段,每个段包含部分文档。当新文档被添加到索引中时,ES会创建新的段。老数据存在于旧的段中,而新数据存在于新的段中。查询旧数据比查询新数据快是因为旧的段被更频繁地访问和缓存,而新的段可能还没有被完全加载或缓存,导致查询速度较慢。
  2. Merge(合并)操作:ES的合并操作会将多个段合并为一个更大的段,以优化查询性能。当有新文档被索引时,ES需要执行合并操作来压缩段数量。这个合并操作可能会导致查询新数据较慢,因为在合并过程中,旧的段可能会被频繁地访问和缓存,而新的段可能需要等待合并完成才能被加载和缓存。
  3. Refresh(刷新)操作:ES默认每秒执行一次刷新操作,将内存中的数据写入磁盘。当有新文档被索引时,ES需要等待下一次刷新操作才能将新数据写入磁盘并更新索引。因此,在刷新操作之前查询新数据可能会较慢,而查询旧数据不会受到影响。

为解决以上问题,可以采取以下措施:

  1. 提高刷新频率:可以通过调整刷新间隔来减少新数据查询的延迟,但会增加写入操作的开销。
  2. 使用更少的段:可以通过手动触发合并操作来减少索引中的段数量,从而提高查询性能。
  3. 预热(warm-up):可以在索引启动前对新数据执行一些查询操作,以提前加载和缓存新数据所在的段,从而加速后续查询。
  4. 设置查询优先级:可以通过设置查询优先级,给新数据的查询分配更多的资源和处理能力,以提高查询速度。

总结来说,ES查询老数据较快、查询新数据较慢是由于ES的索引段划分、合并操作、刷新操作等机制导致的,通过调整刷新频率、优化段合并、预热和设置查询优先级等方法可以改善新数据查询的性能。

解决方案

现场的读写参数等不便进行调整,因此我从优化查询语句入手,发现业务的查询只涉及3个字段,分别是2个term和一个range查询,这种查询是无需进行评分的。因此推荐将query语句的must查询改为了filter查询,查询慢的问题迎刃而解,所有时间段的查询都得以秒回。

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