ES分布式搜索引擎架构原理

ES是啥？

ES就是一个开源的搜索引擎    也是一个分布式文档数据库

可以在极短的时间内存储、搜索和分析大量的数据。

ES基本属性:

字段

ES中，每个文档，其实是以json形式存储的。而一个文档可以被视为多个字段的集合。

映射

每个类型中字段的定义称为映射。例如，name字段映射为String。

索引

索引是映射类型的容器。 一个ES的索引非常像关系型世界中的数据库，是独立的大量文档集合

ES各属性对应关系数据库

关系数据库 ->   表名                ->  表结构    ->  一条记录       -> 一个字段

ES        -> 索引index - 类型type(1-n) -> 映射apping  ->  文档document  -> 字段field 

ES索引简单原理: 采用倒排索引

Term（单词）：一段文本经过分析器分析以后就会输出一串单词，这一个一个的就叫做Term

Term Dictionary（单词字典）：顾名思义，它里面维护的是Term，可以理解为Term的集合

Term Index（单词索引）：为了更快的找到某个单词，我们为单词建立索引

Posting List（倒排列表）：以前是根据ID查内容，倒排索引之后是根据内容查ID，然后再拿着ID去查询出来真正需要的东西。

如果类比现代汉语词典的话，那么Term就相当于词语，Term Dictionary相当于汉语词典本身，Term Index相当于词典的目录索引）

通过 单词索引 找到单词在单词字典中的位置，通过单词字典进而找到Posting List倒排列表，有了倒排列表就可以根据ID找到文档.

(本质:通过单词找到对应的倒排列表，根据倒排列表中的倒排项进而可以找到文档记录)

查询结果分析：

took：本次操作花费的时间，单位为毫秒。

timed_out：请求是否超时

_shards：说明本次操作共搜索了哪些分片

hits：搜索命中的记录

hits.total ： 符合条件的文档总数 hits.hits ：匹配度较高的前N个文档

hits.max_score：文档匹配得分，这里为最高分

_score：每个文档都有一个匹配度得分，按照降序排列。

_source：显示了文档的原始内容。

ES聚合

桶在概念上类似于 SQL 的分组（GROUP BY），而指标则类似于 COUNT() 、 SUM() 、 MAX() 等统计方法

ES分布式架构原理

shard就是ES索引存储具体数据的地方,一个索引对应多个shard

多个shard存储在不同的机器上

每个shard只放索引的一部分数据

每个shard的副本replic放在其他机器上(shard的主体primary和副本replic分开存) 保证了一定程度的高可用

ES写入数据原理:

从客户端写入到shard的全过程:

1. 客户端随机找一个ES集群节点当作协调节点，写数据
2. 协调节点将数据 根据doc id的哈希路由，写入分配的主shard并同步到从shard
3. shard将数据写入内存buffer
4. 内存buffer每一秒钟refresh一次将数据刷进OScache缓存，一份sagementfile,一份translog日志 (translog日志的作用 有点类似于redis的RDB文件，用于ES宕机恢复数据)  
5. OScache缓存每5秒中刷入磁盘的translog日志文件
6. 每30分钟执行一次flush操作，执行一次commit，强制将内存buffer和OScache数据刷入新创建一个sagmentfile文件(磁盘) 落地到磁盘,多个sagementfile会有merge操作。

 数据搜索主要是从OScache中拿的，所以刚写入shard的数据要一秒后才能读到。

写入一条document数据时会产生一个doc id，查的时候根据doc id进行哈希，路由到对应的shard  (doc id默认随机分配，也可以手动指定，例如订单id)

 

ES删除数据原理：

1.把被删除数据写入.del文件(磁盘)，被.del文件标识的被认为已删除

2.当sagmentfile文件过多时ES会产生merge操作，将多个segmentfile合成一个，如果.del标识了删除的数据 merge后不会产生在新的segmentfile.

 

 

ES根据doc id读取数据过程：

选ES集群的任一台机器当作协调节点

协调节点根据要查找的doc id 哈希路由到对应的节点的shard，

查到结果返还给协调节点，协调节点返还给客户端。

 

 

ES检索数据过程:

客户端发送读取请求到任一台机器当作协调节点，协调节点发送给所有机器所有shard，

每个shard都会返回结果，协调节点拿到所有shard返回的匹配的结果，再次筛选最匹配的那些document，返还给客户端.

每次查询完都会暂时将数据存入cache中，再次

 

 

ES在数据量很大的情况下如何优化查询(保证搜索性能):

主要思想：最大限度利用cache的高效率进行查询(磁盘查询效率太低)

(1) 合理利用ES+Hbase/MySQL结合来查询(Hbase对海量数据在线存储)

把重要的检索字段存成ES索引 (例如gid，订单id，订单金额，订单时间，订单说明...)

其余不作为检索条件的字段存在Hbase/Mysql

用ES根据条件快速查出gid

再用gid去Hbase/MySQL查出全部字段

(2) 数据预热

每隔一段时间将热门关键数据写个程序去查一下，主动从磁盘写入到cache中

(3) 冷热分离

水平拆分，将很热的数据单独写进一个索引，将冷数据热数据拆成两个单独索引，放在不同机器上。

(5) 单索引查，不要join多个索引查，效率非常低 （想办法导入ES的时候直接将要Join的表直接导成一个索引）

(4) 分页性能 （深度分页，性能越差）

查第100页的10条数据/第1001-1010，由于ES分布式的存储，必须去每台机器每个shard都查1000条，全部返回到协调节点，合并排序后再取出1001-1010。

解决：合理利用Scroll游标

scroll会一次性获取所有数据的快照，每次翻页通过游标移动获取下一页，分页性能大很多。、

scroll不能乱跳，只能顺序向下翻

 

 

ES生产集群部署架构

模板：每个索引的数据大概有多少，每个索引大概分多少shard

ES集群部署5台机器，每台6核64G，总内存320G，分8个shard

ES集群每天增量2000万条，大约500M，每月大约6亿条 15G数据