Elasticsearch(8) --- 聚合查询(Metric聚合)

聚合查询(Metric聚合)

说明：该博客对于的Elasticsearch 的版本为7.3。

在Mysql中，我们可以获取一组数据的 最大值(Max)、最小值(Min)。同样我们能够对这组数据进行 分组(Group)。那么对于Elasticsearch中

我们也可以实现同样的功能，聚合有关资料官方文档内容较多，这里大概分两篇博客写这个有关Elasticsearch聚合。

官方对聚合有四个关键字: Metric(指标）、Bucketing(桶）、Matrix(矩阵）、Pipeline(管道）。

一、聚合概念

1. ES聚合分析是什么？

概念 Elasticsearch除全文检索功能外提供的针对Elasticsearch数据做统计分析的功能。它的实时性高,所有的计算结果都是即时返回。
Elasticsearch将聚合分析主要分为如下4类：

Metric(指标):   指标分析类型，如计算最大值、最小值、平均值等等 （对桶内的文档进行聚合分析的操作）
Bucket(桶):     分桶类型，类似SQL中的GROUP BY语法 （满足特定条件的文档的集合）
Pipeline(管道): 管道分析类型，基于上一级的聚合分析结果进行在分析
Matrix(矩阵):   矩阵分析类型（聚合是一种面向数值型的聚合，用于计算一组文档字段中的统计信息）

2.ES聚合分析查询的写法

在查询请求体中以aggregations节点按如下语法定义聚合分析：

"aggregations" : {
    "<aggregation_name>" : {                                 <!--聚合的名字 -->
        "<aggregation_type>" : {                               <!--聚合的类型 -->
            <aggregation_body>                                 <!--聚合体：对哪些字段进行聚合 -->
        }
        [,"meta" : {  [<meta_data_body>] } ]?               <!--元 -->
        [,"aggregations" : { [<sub_aggregation>]+ } ]?   <!--在聚合里面在定义子聚合 -->
    }
    [,"<aggregation_name_2>" : { ... } ]*                     <!--聚合的名字 -->
}

说明：aggregations 也可简写为 aggs

3、指标（metric）和 桶（bucket）

虽然Elasticsearch有四种聚合方式，但在一般实际开发中，用到的比较多的就是Metric和Bucket。

（1） 桶（bucket）　　

　　a、简单来说桶就是满足特定条件的文档的集合。

　　b、当聚合开始被执行，每个文档里面的值通过计算来决定符合哪个桶的条件，如果匹配到，文档将放入相应的桶并接着开始聚合操作。

　　c、桶也可以被嵌套在其他桶里面。

（2）指标（metric）

　　a、桶能让我们划分文档到有意义的集合，但是最终我们需要的是对这些桶内的文档进行一些指标的计算。分桶是一种达到目的地的手段：它提供了一种给文档分组的方法来让

我们可以计算感兴趣的指标。

　　b、大多数指标是简单的数学运算（如：最小值、平均值、最大值、汇总），这些是通过文档的值来计算的。

二、指标（Metric）详解

官网: 指标聚合官网文档：Metric

Metric聚合分析分为单值分析和多值分析两类：

#1、单值分析，只输出一个分析结果
min,max,avg,sum,cardinality
#2、多值分析，输出多个分析结果
stats,extended_stats,percentile,percentile_rank,top hits

1、Avg(平均值)

计算从聚合文档中提取的数值的平均值。

POST /exams/_search?size=0
{
    "aggs" : {
        "avg_grade" : { "avg" : { "field" : "grade" } }
    }
}

2、Max(最大值)

计算从聚合文档中提取的数值的最大值。

POST /sales/_search?size=0
{
    "aggs" : {
        "max_price" : { "max" : { "field" : "price" } }
    }
}

3、Min(最小值)

计算从聚合文档中提取的数值的最小值。

POST /sales/_search?size=0
{
    "aggs" : {
        "min_price" : { "min" : { "field" : "price" } }
    }
}

4、Sum(总和)

计算从聚合文档中提取的数值的总和。

POST /sales/_search?size=0
{
    "query" : {
        "constant_score" : {
            "filter" : {
                "match" : { "type" : "hat" }
            }
        }
    },
    "aggs" : {
        "hat_prices" : { "sum" : { "field" : "price" } }
    }
}

5、 Cardinality(唯一值)

cardinality 求唯一值，即不重复的字段有多少（相当于mysql中的distinct）

POST /sales/_search?size=0
{
    "aggs" : {
        "type_count" : {
            "cardinality" : {
                "field" : "type"
            }
        }
    }
}

6、Stats

stats 统计，请求后会直接显示多种聚合结果

POST /exams/_search?size=0
{
    "aggs" : {
        "grades_stats" : { "stats" : { "field" : "grade" } }
    }
}

返回

{
    ...
    "aggregations": {
        "grades_stats": {
            "count": 2,
            "min": 50.0,
            "max": 100.0,
            "avg": 75.0,
            "sum": 150.0
        }
    }
}

7、Percentiles

对指定字段的值按从小到大累计每个值对应的文档数的占比，返回指定占比比例对应的值。

1）默认取百分比

默认按照[ 1, 5, 25, 50, 75, 95, 99 ]来统计

GET latency/_search
{
    "size": 0,
    "aggs" : {
        "load_time_outlier" : {
            "percentiles" : {
                "field" : "load_time" 
            }
        }
    }
}

返回结果可以理解为：占比为50%的文档的age值 <= 445，或反过来：age<=445的文档数占总命中文档数的50%

{
    ...
   "aggregations": {
      "load_time_outlier": {
         "values" : {
            "1.0": 5.0,
            "5.0": 25.0,
            "25.0": 165.0,
            "50.0": 445.0,
            "75.0": 725.0,
            "95.0": 945.0,
            "99.0": 985.0
         }
      }
   }
}

2）指定分位值

GET latency/_search
{
    "size": 0,
    "aggs" : {
        "load_time_outlier" : {
            "percentiles" : {
                "field" : "load_time",
                "percents" : [95, 99, 99.9] 
            }
        }
    }
}

3. Keyed Response

默认情况下，keyed标志设置为true，它将唯一的字符串键与每个存储桶相关联，并将范围作为哈希而不是数组返回。

GET latency/_search
{
    "size": 0,
    "aggs": {
        "load_time_outlier": {
            "percentiles": {
                "field": "load_time",
                "keyed": false
            }
        }
    }
}

返回结果

{
    ...
    "aggregations": {
        "load_time_outlier": {
            "values": [
                {
                    "key": 1.0,
                    "value": 5.0
                },
                {
                    "key": 5.0,
                    "value": 25.0
                },
                {
                    "key": 25.0,
                    "value": 165.0
                },
                {
                    "key": 50.0,
                    "value": 445.0
                },
                {
                    "key": 75.0,
                    "value": 725.0
                },
                {
                    "key": 95.0,
                    "value": 945.0
                },
                {
                    "key": 99.0,
                    "value": 985.0
                }
            ]
        }
    }
}

8、 Percentile Ranks

上面是通过百分比求文档值，这里通过文档值求百分比。

GET latency/_search
{
    "size": 0,
    "aggs" : {
        "load_time_ranks" : {
            "percentile_ranks" : {
                "field" : "load_time", 
                "values" : [500, 600]
            }
        }
    }
}

返回结果

{
    ...
   "aggregations": {
      "load_time_ranks": {
         "values" : {
            "500.0": 55.1,
            "600.0": 64.0
         }
      }
   }
}

结果说明：时间小于500的文档占比为55.1%，时间小于600的文档占比为64%，

9、Top Hits

一般用于分桶后获取该桶内匹配前n的文档列表

POST /sales/_search?size=0
{
    "aggs": {
        "top_tags": {
            "terms": {
                "field": "type",  #根据type进行分组 每组显示前3个文档
                "size": 3
            },
            "aggs": {
                "top_sales_hits": {
                    "top_hits": {
                        "sort": [
                            {
                                "date": { 
                                    "order": "desc"  #按照时间进行倒叙排序
                                }
                            }
                        ],
                        "_source": {
                            "includes": [ "date", "price" ] #只显示文档指定字段
                        },
                        "size" : 1
                    }
                }
            }
        }
    }
}

三、示例

下面会针对上面官方文档的例子进行举例说明。

1、添加测试数据

1）创建索引

DELETE /employees
PUT /employees/
{
  "mappings" : {
      "properties" : {
        "age" : {
          "type" : "integer"
        },
        "gender" : {
          "type" : "keyword"
        },
        "job" : {
          "type" : "text",
          "fields" : {
            "keyword" : {
              "type" : "keyword",
              "ignore_above" : 50
            }
          }
        },
        "name" : {
          "type" : "keyword"
        },
        "salary" : {
          "type" : "integer"
        }
      }
    }
}

2)添加数据

添加10条数据，每条数据包含：姓名、年龄、工作、性别、薪资

PUT /employees/_bulk
{ "index" : {  "_id" : "1" } }
{ "name" : "Emma","age":32,"job":"Product Manager","gender":"female","salary":35000 }
{ "index" : {  "_id" : "2" } }
{ "name" : "Underwood","age":41,"job":"Dev Manager","gender":"male","salary": 50000}
{ "index" : {  "_id" : "3" } }
{ "name" : "Tran","age":25,"job":"Web Designer","gender":"male","salary":18000 }
{ "index" : {  "_id" : "4" } }
{ "name" : "Rivera","age":26,"job":"Web Designer","gender":"female","salary": 22000}
{ "index" : {  "_id" : "5" } }
{ "name" : "Rose","age":25,"job":"QA","gender":"female","salary":18000 }
{ "index" : {  "_id" : "6" } }
{ "name" : "Lucy","age":31,"job":"QA","gender":"female","salary": 25000}
{ "index" : {  "_id" : "7" } }
{ "name" : "Byrd","age":27,"job":"QA","gender":"male","salary":20000 }
{ "index" : {  "_id" : "8" } }
{ "name" : "Foster","age":27,"job":"Java Programmer","gender":"male","salary": 20000}
{ "index" : {  "_id" : "9" } }
{ "name" : "Gregory","age":32,"job":"Java Programmer","gender":"male","salary":22000 }
{ "index" : {  "_id" : "10" } }
{ "name" : "Bryant","age":20,"job":"Java Programmer","gender":"male","salary": 9000}

2、求薪资最低值

POST employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "min_salary": {
      "min": {
        "field":"salary"
      }
    }
  }
}

返回

3、找到最低、最高和平均工资

POST employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "max_salary": {
      "max": {
        "field": "salary"
      }
    },
    "min_salary": {
      "min": {
        "field": "salary"
      }
    },
    "avg_salary": {
      "avg": {
        "field": "salary"
      }
    }
  }
}

4、一个聚合，输出多值

POST employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "stats_salary": {
      "stats": {
        "field":"salary"
      }
    }
  }
}

返回

5、求一共有多少工作类型

POST employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "cardinate": {
      "cardinality": {
        "field": "job.keyword"
      }
    }
  }
}

返回

注意 我们需要把job的类型为keyword类型，这样就不会分词，把它当成一个整体。

6、查看中位数的薪资

POST employees/_search
{
    "size": 0,
    "aggs": {
        "load_time_outlier": {
            "percentiles": {
                "field": "salary",
                 "percents" : [50, 99],
                "keyed": false
            }
        }
    }
}

返回

发现这些工作的中位数是：21000元。

7、取每个工作类型薪资最高的数据

多层嵌套 根据工作类型分桶，然后按照性别分桶，计算每个桶中工资的最高的薪资。

POST employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "Job_gender_stats": {
      "terms": {
        "field": "job.keyword"
      },
      "aggs": {
        "gender_stats": {
          "terms": {
            "field": "gender"
          },
          "aggs": {
            "salary_stats": {
              "max": {
                "field": "salary"
              }
            }
          }
        }
      }
    }
  }
}

返回

参考

1、Elasticsearch核心技术与实战---阮一鸣(eBay Pronto平台技术负责人

2、ES7.3版官方聚合查询API

3、Elasticsearch 聚合分析

 我相信，无论今后的道路多么坎坷，只要抓住今天，迟早会在奋斗中尝到人生的甘甜。抓住人生中的一分一秒，胜过虚度中的一月一年！(12）