2019-08-09

ElasticSearch的基本原理与用法

一、简介

ElasticSearch和Solr都是基于Lucene的搜索引擎,不过ElasticSearch天生支持分布式,而Solr是4.0版本后的SolrCloud才是分布式版本,Solr的分布式支持需要ZooKeeper的支持。

这里有一个详细的ElasticSearch和Solr的对比:http://solr-vs-elasticsearch.com/

二、基本用法

集群(Cluster):ES是一个分布式的搜索引擎,一般由多台物理机组成。这些物理机,通过配置一个相同的cluster name,互相发现,把自己组织成一个集群。

节点(Node):同一个集群中的一个Elasticsearch主机。

主分片(Primary shard):索引(下文介绍)的一个物理子集。同一个索引在物理上可以切多个分片,分布到不同的节点上。分片的实现是Lucene 中的索引。

副本分片(Replica shard):每个主分片可以有一个或者多个副本,个数是用户自己配置的。ES会尽量将同一索引的不同分片分布到不同的节点上,提高容错性。对一个索引,只要不是所有shards所在的机器都挂了,就还能用。

索引(Index):逻辑概念,一个可检索的文档对象的集合。类似与DB中的database概念。同一个集群中可建立多个索引。比如,生产环境常见的一种方法,对每个月产生的数据建索引,以保证单个索引的量级可控。

类型(Type):索引的下一级概念,大概相当于数据库中的table。同一个索引里可以包含多个 Type。

文档(Document):即搜索引擎中的文档概念,也是ES中一个可以被检索的基本单位,相当于数据库中的row,一条记录

二、基本原理

Elasticsearch中的查询主要分为两类,Get请求:通过ID查询特定Doc;Search请求:通过Query查询匹配Doc。

对于Search类请求,查询的时候是一起查询内存和磁盘上的Segment,最后将结果合并后返回。这种查询是近实时(Near Real Time)的,主要是由于内存中的Index数据需要一段时间后才会刷新为Segment。

对于Get类请求,查询的时候是先查询内存中的TransLog,如果找到就立即返回,如果没找到再查询磁盘上的TransLog,如果还没有则再去查询磁盘上的Segment。这种查询是实时(Real Time)的。这种查询顺序可以保证查询到的Doc是最新版本的Doc,这个功能也是为了保证NoSQL场景下的实时性要求。

所有的搜索系统一般都是两阶段查询,第一阶段查询到匹配的DocID,第二阶段再查询DocID对应的完整文档,这种在Elasticsearch中称为query_then_fetch,还有一种是一阶段查询的时候就返回完整Doc,在Elasticsearch中称作query_and_fetch,一般第二种适用于只需要查询一个Shard的请求。

除了一阶段,两阶段外,还有一种三阶段查询的情况。搜索里面有一种算分逻辑是根据TF(Term Frequency)和DF(Document Frequency)计算基础分,但是Elasticsearch中查询的时候,是在每个Shard中独立查询的,每个Shard中的TF和DF也是独立的,虽然在写入的时候通过_routing保证Doc分布均匀,但是没法保证TF和DF均匀,那么就有会导致局部的TF和DF不准的情况出现,这个时候基于TF、DF的算分就不准。为了解决这个问题,Elasticsearch中引入了DFS查询,比如DFS_query_then_fetch,会先收集所有Shard中的TF和DF值,然后将这些值带入请求中,再次执行query_then_fetch,这样算分的时候TF和DF就是准确的,类似的有DFS_query_and_fetch。这种查询的优势是算分更加精准,但是效率会变差。另一种选择是用BM25代替TF/DF模型。

在新版本Elasticsearch中,用户没法指定DFS_query_and_fetch和query_and_fetch,这两种只能被Elasticsearch系统改写。

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