初识Elastic search—附《Elasticsearch权威指南—官方guide的译文》

Elastic search 趣简史 安装 基础知识 核心概念

本文作为Elastic search系列的开篇之作，简要介绍其简要历史、安装及基本概念和核心模块。

•  简史

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Elastic search基于Lucene（信息检索引擎，ES里一个index—索引，一个索引指向一个或者多个分片—shards，一个分片就是一个Lucene实例。Lucene的作者——Doug Cutting同是也是hadoop的作者）。

ES的诞生于04年，Shay Banon——据传刚失业又新婚，祸不单行（港蓉蒸蛋糕，蒸的吗），在Lucene的基础上为他去伦敦学厨师的老婆做的食谱搜索。一不小心，搞出了ES，然而老婆大人的食谱搜索却遥遥无期，估计Shay在家键盘跪烂。

然后呢，官网出了个Kibana (ELK—Elasticsearch, logstash, kibana三剑客之一，另外Elastic认证了解一下——截止目前国内考过的不足500人），一个web应用程序，用图表啊、地图啊等面板来可视化数据（图像天然具有亲和力，详见 Guide， 初步的安装及说明详见附录5），如下图:

• 安装

windows上安装Elastic search 请参考附注2 链接（需要安装IK分词器，以更好的支持汉语分词；安装elasticsearch-head ，简单的可视化的web客户端，可支持基本的查询操作或者通过DSL检索结果——为支持它，需要装Node.js; node.js 又需要集成 npm 和 grunt）

elasticsearch-head 效果如下图：

• 核心概念

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  Elastic Search是一个实时分布式搜索和分析引擎，处理大数据相当的擅长。Stackoverflow、Github、Wiki以及英国卫报等在全文检索、代码搜索（Github超过1300亿行）、地理位置查询、社交网络实时数据等领域均广泛深入的使用了ES，国内的字节跳动、腾讯、阿里、百度均有相关应用。目前认为其核心概念包括：

• Score

就是根据一套规则和算法，满足搜索条件的文档，其中相关信息的匹配度（或称之为相关度），打分越高，则匹配度越高，搜索结果按打分高低（匹配度）倒叙展示。如下图的一个搜索结果：

 

 具体的Score，涉及到Norm（归一化）和Boost（可以设置field和document的Boot—相当于权重的概念）

• 集群（Cluster）、节点（Node）和分片（shards）

集群即多台物理机构成，每个物理机包含多个节点（其中只有一个Master Node），每个节点包含多个分片，每个分片可以有0个或多个复制分片做必要的数据冗余。其分布式特性，通过底层的如下操作自动完成：

（1）将你的文档分区到不同的容器或者分片(shards)中，它们可以存在于一个或多个节点中。

（2）将分片均匀的分配到各个节点，对索引和搜索做负载均衡。 冗余每一个分片，防止硬件故障造成的数据丢失。

（3）将集群中任意一个节点上的请求路由到相应数据所在的节点。

（4）无论是增加节点，还是移除节点，分片都可以做到无缝的扩展和迁移。

• 索引（Index）

Elastic Search使用倒排索引（Inverted Index）来做快速的全文搜索（不同于一般数据库的索引，用B-Tree来实现）。具体倒排索引原理，可能需要单独的一篇博客来说明

• 分词（analysis）

分析(analysis)是这样一个过程：

（1）首先，表征化一个文本块为适用于倒排索引单独的词(term)

（2）然后标准化这些词为标准形式，提高它们的“可搜索性”或“查全率”

 

这个工作是分析器(analyzer)完成的。一个分析器(analyzer)包含如下三个功能：

　　（1）字符过滤器

　　首先字符串经过字符过滤器(character filter)，它们的工作是在表征化（译者注：这个词叫做断词更合适）前处理字符串。 字符过滤器能够去除HTML标记，或者转换 "&" 为 "and" 。

　　（2）分词器

　　下一步，分词器(tokenizer)被表征化（断词）为独立的词。一个简单的分词器(tokenizer)可以根据空格或逗号将单词分开 （译者注：这个在中文中不适用）。

　　（3）表征过滤

　　最后，每个词都通过所有表征过滤(token filters)，它可以修改词（例如将 "Quick" 转为小写），去掉词（例如停用词 像 "a" 、 "and"``"the" 等等），或者增加词（例如同义词像 "jump" 和 "leap" ）

 

• 字段共享

ES本质上和关系型数据库还是有差别，并不能和DB的各个概念完全对应。默认同名的Fields在整个Indices共享，因此你不能在Type里定义同名的多个Filelds，导致删除数据只能整个索引一起删除，而不能单单删除一个Type

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• 基础知识

1. 文档

Elastic search是面向文档的，文档归属于一种类型（type），而这些type存在（索引）index里。传统关系数据库和ES的简单对比如下图（6.0版本后默认支持single type，涉及字段共享的优化）：

Relational DB	Databases	Tables	Rows	Columns
ElasticSearch	Indices	Types	Documents	Fields

　　  2.检索文档

支持HTTP的GET、PUT、HEAD、DELETE（由于字段共享等原因，ES目前不支持删除表，只能整个索引一起删除）、POST操作，如下图（故可直接用postman、SoapUI、Chrome插件ElasticSearch Head 等工具发http请求来查询文档）：

ES提供丰富灵活的查询语句（另外Elasticsearch-sql插件可以自动将sql语句翻译为DSL）——Query DSL（基本的语法有filter,bool—包括should【类似于Or】、must【类似于and】, term—精确匹配, match，range,exists,missing等），有了它构建复杂、强大的查询都不事儿，如下图（用postman，查询 age > 30 且 last_name = "smith"）：

　   3. 字段数据类型

 官方文档：Mapping types (Mapping——映射，相当于关系数据库的表结构定义）

•  核心数据类型 (只列工作中常用的）：

 

Data Types	Values
String	text, keyword
数值类型（Numberic dataTypes）	long, integer, short, byte, double, float
日期类型	date
布尔类型	boolean
范围类型	integer_range, float_range, long_range, double_range, date_range
二进制类型	binary

• 复杂数据类型

Data Types	Values
数组类型	不需要特殊的数据类型支持
Object type	object — 代表单个json
嵌套类型	nested — 代表一组json

 

• 地理相关的数据类型

Data Types	Values
坐标点类型	geo_point用来表征经纬度
地理图形类型	geo_shape用来表征复杂的形状，如多边形

 

• 专门的数据类型

Data Types	Values
IP类型	ip — 用于IPv4和IPv6(项目中高频使用）
token数量类型	token_count — 统计字符串中token的数量

 

• 尾声

（1）ES不支持Join，但支持aggregations，类似于SQL的group by

（2）通过Merge segments可以提高查询速度，最后Merge成的Segments个数越小，查询时间提高的越快。Merge segments过程比较耗费磁盘和CPU，所以建议凌晨执行该操作

（3）ES支持将各种数据库的数据导入，主要通过logstash;ES之间的数据拷贝，可以用elasticdump

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 致敬 Doug Cutting (Lucene、Nutch 、Hadoop之父)

谈到成功，Cutting认为他的成功主要归功于两点：

• 对自己工作的热情（Cutting在大学时就开始做Infrastracture类的程序，还用 Lisp为Emacs贡献过代码，他非常喜欢自己的程序被千万人使用的感觉）
• 目标不要定得过大，要踏踏实实，一步一个脚印

附：

1)  官网guide 及对应中文版 — Elasticsearch: 权威指南（pdf下载）

2)  Elasticsearch6.4.0-windows环境部署安装

3)  Linkin of Doug Cutting

4)  Hadoop 十岁生日时 Doug Cutting的讲话

5)  Kibana（一张图片胜过千万行日志）

 

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精力有限，想法太多，专注做好一件事就行

• 我只是一个程序猿。5年内把代码写好，技术博客字字推敲，坚持零拷贝和原创
• 写博客的意义在于打磨文笔，训练逻辑条理性，加深对知识的系统性理解；如果恰好又对别人有点帮助，那真是一件令人开心的事

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