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  • ElasticSearch 结构化搜索

      1、介绍

        结构化搜索(Structured search) 是指有关探询那些具有内在结构数据的过程。比如日期、时间和数字都是结构化的:它们有精确的格式,我们可以对这些格式进行逻辑操作。

        比较常见的操作包括比较数字或时间的范围,或判定两个值的大小。

        文本也可以是结构化的。如彩色笔可以有离散的颜色集合: 红(red) 、 绿(green) 、 蓝(blue) 。一个博客可能被标记了关键词 分布式(distributed) 和 搜索(search) 。

        电商网站上的商品都有 UPCs(通用产品码 Universal Product Codes)或其他的唯一标识,它们都需要遵从严格规定的、结构化的格式。

        在结构化查询中,我们得到的结果 总是 非是即否,要么存于集合之中,要么存在集合之外。结构化查询不关心文件的相关度或评分;它简单的对文档包括或排除处理。

        这在逻辑上是能说通的,因为一个数字不能比其他数字  适合存于某个相同范围。结果只能是:存于范围之中,抑或反之。同样,对于结构化文本来说,一个值要么相等,要么不等。没有 更似 这种概念。

        当进行精确值查找时, 要使用过滤器(filters)。过滤器很重要,因为它们执行速度非常快,不会计算相关度(直接跳过了整个评分阶段)而且很容易被缓存,因此尽可能多的使用过滤式查询。

       

      2、term查询数字

        最为常用的 term 查询, 可以用它处理数字(numbers)、布尔值(Booleans)、日期(dates)以及文本(text)

        创建并索引一些表示产品的文档,文档里有字段 `price` 和 `productID` ( `价格` 和 `产品ID` ):

        

    POST /my_store/products/_bulk
    { "index": { "_id": 1 }}
    { "price" : 10, "productID" : "XHDK-A-1293-#fJ3" }
    { "index": { "_id": 2 }}
    { "price" : 20, "productID" : "KDKE-B-9947-#kL5" }
    { "index": { "_id": 3 }}
    { "price" : 30, "productID" : "JODL-X-1937-#pV7" }
    { "index": { "_id": 4 }}
    { "price" : 30, "productID" : "QQPX-R-3956-#aD8" }

        

        通常当查找一个精确值的时候,我们不希望对查询进行评分计算。只希望对文档进行包括或排除的计算,所以我们会使用 constant_score 查询以非评分模式来执行 term 查询并以一作为统一评分。

        最终组合的结果是一个 constant_score 查询,它包含一个 term 查询:

    GET /my_store/products/_search
    {
        "query" : {
            "constant_score" : { 
                "filter" : {
                    "term" : { 
                        "price" : 10
                    }
                }
            }
        }
    }

        

        我们用 constant_score 将 term 查询转化成为过滤器,这个查询所搜索到的结果与我们期望的一致:只有文档 1 命中并作为结果返回(因为只有 1 的价格是 10)

      3、term查询文本

        使用 term 查询匹配字符串和匹配数字一样容易。例如查询产品号是XHDK-A-1293-#fJ3 的数据,也就是查询文档1

    GET /my_store/products/_search
    {
        "query" : {
            "constant_score" : {
                "filter" : {
                    "term" : {
                        "productID" : "XHDK-A-1293-#fJ3"
                    }
                }
            }
        }
    }

        

        显然没有查询到想要的结果,为什么呢?问题不在 term 查询,而在于索引数据的方式,先查看productID的索引方式

    GET /my_store/_analyze
    {
      "field": "productID",
      "text": "XHDK-A-1293-#fJ3"
    }

        

        通过上面的结果,可以看到"XHDK-A-1293-#fJ3"这个数据被分成了四个部分,所以当我们用 term 查询查找精确值 XHDK-A-1293-#fJ3 的时候,找不到任何文档,因为它并不在我们的倒排索引中,

        显然这种对 ID 码或其他任何精确值的处理方式并不是我们想要的。

        为了避免这种问题,我们需要告诉 Elasticsearch 该字段具有精确值,要将其设置成 not_analyzed 无需分析的。 

    DELETE /my_store 
    
    PUT /my_store 
    {
        "mappings" : {
            "products" : {
                "properties" : {
                    "productID" : {
                        "type" : "string",
                        "index" : "not_analyzed" 
                    }
                }
            }
        }
    
    }

        

        注意:对Elastic 5.5版本以后的,string被text代替了,不过string还能用,而index对应的值是true或false。对应string类型的数据而言,not_analyzed这个数据还可以用,但是针对string类型数据,其它类型的数据不行。

        删除索引是必须的,因为我们不能更新已存在的映射。

        在索引被删除后,我们可以创建新的索引并为其指定自定义映射。

        这里我们告诉 Elasticsearch ,我们不想对 productID 做任何分析。

        现在我们可以为文档重建索引:

    POST /my_store/products/_bulk
    { "index": { "_id": 1 }}
    { "price" : 10, "productID" : "XHDK-A-1293-#fJ3" }
    { "index": { "_id": 2 }}
    { "price" : 20, "productID" : "KDKE-B-9947-#kL5" }
    { "index": { "_id": 3 }}
    { "price" : 30, "productID" : "JODL-X-1937-#pV7" }
    { "index": { "_id": 4 }}
    { "price" : 30, "productID" : "QQPX-R-3956-#aD8" }

        再次查看productID的索引方式:

        

        显然XHDK-A-1293-#fJ3数据没有被分析

        重新查询产品号是XHDK-A-1293-#fJ3 的数据

        

        查询成功

      4、查找多个精确值

        

        term 查询对于查找单个值非常有用,但通常我们可能想搜索多个值。 如果我们想要查找价格字段值为 $20 或 $30 的文档该如何处理呢?

        不需要使用多个 term 查询,我们只要用单个 terms 查询(注意末尾的 s ), terms 查询好比是 term 查询的复数形式(以英语名词的单复数做比)。

        它几乎与 term 的使用方式一模一样,与指定单个价格不同,我们只要将 term 字段的值改为数组即可:

        与 term 查询一样,也需要将其置入 filter 语句的常量评分查询中使用:

        

    GET /my_store/products/_search
    {
        "query" : {
            "constant_score" : {
                "filter" : {
                    "terms" : { 
                        "price" : [20, 30]
                    }
                }
            }
        }
    }

        运行结果返回第二、第三和第四个文档:

        

         包含而不是相等

        

        一定要了解 term 和 terms 是 包含(contains) 操作,而非 等值(equals) (判断)。 如何理解这句话呢?

        如果我们有一个 term(词项)过滤器 { "term" : { "tags" : "search" } } ,它会与以下两个文档 同时匹配

      5、范围查找

        实际上,对数字范围进行过滤有时会更有用。例如,我们可能想要查找所有价格大于 $20 且小于 $40 美元的产品。

        在 SQL 中,范围查询可以表示为:

        

        Elasticsearch 有 range 查询, 不出所料地,可以用它来查找处于某个范围内的文档:

        

        

        range 查询可同时提供包含(inclusive)和不包含(exclusive)这两种范围表达式,可供组合的选项如下:

        gt> 大于(greater than)

        lt< 小于(less than)

        gte: >= 大于或等于(greater than or equal to)

        lte<= 小于或等于(less than or equal to)

        下面是一个范围查询的例子:. 

      

    GET /my_store/products/_search
    {
        "query" : {
            "constant_score" : {
                "filter" : {
                    "range" : {
                        "price" : {
                            "gte" : 20,
                            "lt"  : 40
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }

        如果想要范围无界(比方说 >20 ),只须省略其中一边的限制:

    "range" : {
        "price" : {
            "gt" : 20
        }
    }

        日期范围

        range 查询同样可以应用在日期字段上:

    "range" : {
        "timestamp" : {
            "gt" : "2014-01-01 00:00:00",
            "lt" : "2014-01-07 00:00:00"
        }
    }

        当使用它处理日期字段时, range 查询支持对 日期计算(date math) 进行操作,比方说,如果我们想查找时间戳在过去一小时内的所有文档:

    "range" : {
        "timestamp" : {
            "gt" : "now-1h"
        }
    }

        

        这个过滤器会一直查找时间戳在过去一个小时内的所有文档,让过滤器作为一个时间 滑动窗口(sliding window) 来过滤文档。

        日期计算还可以被应用到某个具体的时间,并非只能是一个像 now 这样的占位符。只要在某个日期后加上一个双管符号 (||) 并紧跟一个日期数学表达式就能做到:

    "range" : {
        "timestamp" : {
            "gt" : "2014-01-01 00:00:00",
            "lt" : "2014-01-01 00:00:00||+1M" 
        }
    }

        早于 2014 年 1 月 1 日加 1 月(2014 年 2 月 1 日 零时)

        字符串范围

        range 查询同样可以处理字符串字段, 字符串范围可采用 字典顺序(lexicographically) 或字母顺序(alphabetically)。例如,下面这些字符串是采用字典序(lexicographically)排序的:

        5, 50, 6, B, C, a, ab, abb, abc, b

        在倒排索引中的词项就是采取字典顺序(lexicographically)排列的,这也是字符串范围可以使用这个顺序来确定的原因。

        如果我们想查找从 a 到 b (不包含)的字符串,同样可以使用 range 查询语法:

    "range" : {
        "title" : {
            "gte" : "a",
            "lt" :  "b"
        }
    }

        

        注意基数

        数字和日期字段的索引方式使高效地范围计算成为可能。 但字符串却并非如此,要想对其使用范围过滤,Elasticsearch 实际上是在为范围内的每个词项都执行 term 过滤器,这会比日期或数字的范围过滤慢许多。

        字符串范围在过滤 低基数(low cardinality) 字段(即只有少量唯一词项)时可以正常工作,但是唯一词项越多,字符串范围的计算会越慢。

       6、处理Null值

        有的文档有名为 tags (标签)的字段,它是个多值字段, 一个文档可能有一个或多个标签,也可能根本就没有标签。如果一个字段没有值,那么如何将它存入倒排索引中的呢?

        这是个有欺骗性的问题,因为答案是:什么都不存。

        如何将某个不存在的字段存储在这个数据结构中呢?无法做到!简单的说,一个倒排索引只是一个 token 列表和与之相关的文档信息,如果字段不存在,那么它也不会持有任何 token,也就无法在倒排索引结构中表现。

        最终,这也就意味着 null[] (空数组)和 [null] 所有这些都是等价的,它们无法存于倒排索引中。

        显然,世界并不简单,数据往往会有缺失字段,或有显式的空值或空数组。为了应对这些状况,Elasticsearch 提供了一些工具来处理空或缺失值

        存在查询

        第一件武器就是 exists 存在查询。 这个查询会返回那些在指定字段有任何值的文档,让我们索引一些示例文档并用标签的例子来说明:

        

        1、tags 字段有 1 个值。

        2、tags 字段有 2 个值。

        3、tags 字段缺失。

        4、tags 字段被置为 null 。

        5、tags 字段有 1 个值和 1 个 null 。

        以上文档集合中 tags 字段对应的倒排索引如下:

        

        我们的目标是找到那些被设置过标签字段的文档,并不关心标签的具体内容。只要它存在于文档中即可,用 SQL 的话就是用 IS NOT NULL 非空进行查询:

        

        在 Elasticsearch 中,使用 exists 查询的方式如下:

    GET /my_index/posts/_search
    {
        "query" : {
            "constant_score" : {
                "filter" : {
                    "exists" : { "field" : "tags" }
                }
            }
        }
    }
    #
    GET /my_index/posts/_search
    {
        "query" : {
            "bool" : {
              "must":{
                "exists" : { "field" : "tags" }
              }
            }
        }
    }

        这个查询返回 3 个文档:

        

         尽管文档 5 有 null 值,但它仍会被命中返回。字段之所以存在,是因为标签有实际值( search )可以被索引,所以 null 对过滤不会产生任何影响

        显而易见,只要 tags 字段存在项(term)的文档都会命中并作为结果返回,只有 3 和 4 两个文档被排除

        缺失查询

        它返回某个特定 _无_ 值字段的文档,与以下 SQL 表达的意思类似:

         

        转成ElasticSearch语句如下:

    GET /my_index/posts/_search
    {
        "query" : {
            "bool" : {
              "must_not":{
                "exists" : { "field" : "tags" }
              }
            }
        }
    }

        

        按照期望的那样,我们得到 3 和 4 两个文档(这两个文档的 tags 字段没有实际值):

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