分布式搜索引擎01
– elasticsearch基础
0.学习目标
1.初识elasticsearch
1.1.了解ES
1.1.1.elasticsearch的作用
elasticsearch它是一个非常强大的开源搜索引擎,具有许多强大的功能,可以帮助我们快速从海量数据中找到所需的内容
例如:
-
在GitHub搜索代码
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-
在电子商务网站上搜索商品
[外链图片存储失败,源站可能有防盗链机制,建议保存图片直接上传(img-obP0vZNf-1648949935572)(assets/image-20210720193633483.png)]
-
百度搜索答案
[外链图片存储失败,源站可能有防盗链机制,建议保存图片直接上传(img-rxQHNcNP-1648949935572)(assets/image-20210720193641907.png)]
-
在出租车软件附近搜索汽车
[外链图片存储失败,源站可能有防盗链机制,建议保存图片直接上传(img-WDPEHD7T-1648949935572)(assets/image-20210720193648044.png)]
1.1.2.ELK技术栈
elasticsearch结合kibana、Logstash、Beats,也就是elastic stack(ELK)。广泛应用于日志数据分析、实时监控等领域:
[外链图片存储失败,源站可能有防盗链机制,建议保存图片直接上传(img-8WbtWiNo-1648949935573)(assets/image-20210720194008781.png)]
而elasticsearch是elastic stack负责数据存储、搜索和分析。
[外链图片存储失败,源站可能有防盗链机制,建议保存图片直接上传(img-YdzfmWjn-1648949935573)(assets/image-20210720194230265.png)]
1.1.3.elasticsearch和lucene
elasticsearch底层是基于来实现的。
是一个Java语言的搜索引擎类库,是Apache公司顶级项目,由DougCutting研发于1999年。官网地址:https://lucene.apache.org/ 。
[外链图片存储失败,源站可能有防盗链机制,建议保存图片直接上传(img-yzWJMJQQ-1648949935573)(assets/image-20210720194547780.png)]
发展历史:
- 2004年Shay Banon基于Lucene开发了Compass
- 2010年Shay Banon 重写了Compass,取名为Elasticsearch。
[外链图片存储失败,源站可能有防盗链机制,建议保存图片直接上传(img-6cdTy9M7-1648949935574)(assets/image-20210720195001221.png)]
1.1.4.为什么不是其他搜索技术呢?
目前知名搜索引擎技术排名:
[外链图片存储失败,源站可能有防盗链机制,建议保存图片直接上传(img-gpofrEgr-1648949935574)(assets/image-20210720195142535.png)]
尽管在早期,Apache Solr它是最重要的搜索引擎技术,但随着发展elasticsearch已逐渐超越Solr,独占鳌头:
[外链图片存储失败,源站可能有防盗链机制,建议保存图片直接上传(img-mcdVh3pL-1648949935574)(assets/image-20210720195306484.png)]
1.1.5.总结
什么是elasticsearch?
- 开源分布式搜索引擎可用于实现搜索、日志统计、分析、系统监控等功能
什么是elastic stack(ELK)?
- 是以elasticsearch核心技术栈,包括beats、Logstash、kibana、elasticsearch
什么是Lucene?
- 是Apache开源搜索引擎类库为搜索引擎提供了核心API
1.2.倒排索引
倒排索引的概念是基于MySQL这种正向索引。
1.2.1.正向索引
那么什么是正向索引呢?例如,给下表(tb_goods)中的id创建索引:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-fxi1SgBN-1648949935575)(assets/image-20210720195531539.png)]
如果是根据id查询,然后直接走索引,查询速度很快。
但如果是基础的话title模糊查询只能逐行扫描数据,流程如下:
1)用户搜索数据的条件是title符合"%手机%"
2)逐步获取数据,如id为1的数据
3)判断数据中的数据title是否符合用户搜索条件
4)如果符合,则放入结果集,如果不符合,则丢弃。返回步骤1
逐行扫描,即全表扫描,随着数据量的增加,其查询效率也会越来越低。当数据量达到数百万时,这是一场灾难。
1.2.2.倒排索引
倒排索引中有两个非常重要的概念:
- 文档(
Document
):用来搜索的数据,其中的每一条数据就是一个文档。例如一个网页、一个商品信息 - 词条(
Term
):对于文档数据或用户搜索数据,使用某种算法来划分单词,获得的有意义的单词是条目。例如:我是一个中国人,可以分为:我、是的、中国人、中国人和中国人
是对正向索引的特殊处理,过程如下:
- 利用算法对每个文档的数据进行分词,逐个获得条目
- 每行数据包括条目和条目所在的文档id、位置等信息
- 由于条目的独特性,可以为条目创建索引,例如hash表结构索引
如图:
[外链图片存储失败,源站可能有防盗链机制,建议保存图片直接上传(img-l8zM0Gu9-1648949935575)(assets/image-20210720200457207.png)]
倒排索引的以下(搜索"华为手机"为例):
1)用户输入条件"华为手机"
进行搜索。
2)向用户输入内容,得到词条:华为
、手机
。
3)用词条在倒排索引中搜索,可以获得包含词条的文档id:1、2、3。
4)拿着文档id在正向索引中找到具体文档。
如图:
[外链图片存储失败,源站可能有防盗链机制,建议保存图片直接上传(img-mMpC4PhC-1648949935575)(assets/image-20210720201115192.png)]
虽然要先查询倒排索引,再查询倒排索引,但无论是词条还是文档id所有索引都建立了,查询速度非常快!无需扫描全表。
1.2.三、正向倒排
那为什么一个叫正向索引,一个叫倒排索引呢?
-
根据最传统的id索引的方式。但是,在查询条目时,必须逐一获取每个文档,然后判断文档中是否包含所需条目。。
-
而相反,首先要找到用户要搜索的条目,并根据条目获得保护条目的文档id,然后根据id获取文件。
恰恰相反吗?
那两种方式的优缺点是什么呢?
:
- 优点:
- 可以给多个字段创建索引
- 根据索引字段搜索、排序速度非常快
- 缺点:
- 根据非索引字段,或者索引字段中的部分词条查找时,只能全表扫描。
:
- 优点:
- 根据词条搜索、模糊搜索时,速度非常快
- 缺点:
- 只能给词条创建索引,而不是字段
- 无法根据字段做排序
1.3.es的一些概念
elasticsearch中有很多独有的概念,与mysql中略有差别,但也有相似之处。
1.3.1.文档和字段
elasticsearch是面向**文档(Document)**存储的,可以是数据库中的一条商品数据,一个订单信息。文档数据会被序列化为json格式后存储在elasticsearch中:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-qgNJZdtl-1648949935576)(assets/image-20210720202707797.png)]
而Json文档中往往包含很多的,类似于数据库中的列。
1.3.2.索引和映射
,就是相同类型的文档的集合。
例如:
- 所有用户文档,就可以组织在一起,称为用户的索引;
- 所有商品的文档,可以组织在一起,称为商品的索引;
- 所有订单的文档,可以组织在一起,称为订单的索引;
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-0bhmekE0-1648949935576)(assets/image-20210720203022172.png)]
因此,我们可以把索引当做是数据库中的表。
数据库的表会有约束信息,用来定义表的结构、字段的名称、类型等信息。因此,索引库中就有,是索引中文档的字段约束信息,类似表的结构约束。
1.3.3.mysql与elasticsearch
我们统一的把mysql与elasticsearch的概念做一下对比:
Table | Index | 索引(index),就是文档的集合,类似数据库的表(table) |
Row | Document | 文档(Document),就是一条条的数据,类似数据库中的行(Row),文档都是JSON格式 |
Column | Field | 字段(Field),就是JSON文档中的字段,类似数据库中的列(Column) |
Schema | Mapping | Mapping(映射)是索引中文档的约束,例如字段类型约束。类似数据库的表结构(Schema) |
SQL | DSL | DSL是elasticsearch提供的JSON风格的请求语句,用来操作elasticsearch,实现CRUD |
是不是说,我们学习了elasticsearch就不再需要mysql了呢?
并不是如此,两者各自有自己的擅长支出:
-
Mysql:擅长事务类型操作,可以确保数据的安全和一致性
-
Elasticsearch:擅长海量数据的搜索、分析、计算
因此在企业中,往往是两者结合使用:
- 对安全性要求较高的写操作,使用mysql实现
- 对查询性能要求较高的搜索需求,使用elasticsearch实现
- 两者再基于某种方式,实现数据的同步,保证一致性
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-70F0Y35k-1648949935576)(assets/image-20210720203534945.png)]
1.4.安装es、kibana
1.4.1.安装
参考课前资料:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-dSG9zUbO-1648949935576)(assets/image-20210720203805350.png)]
1.4.2.分词器
参考课前资料:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-MEM6AOyi-1648949935577)(assets/image-20210720203805350.png)]
1.4.3.总结
分词器的作用是什么?
- 创建倒排索引时对文档分词
- 用户搜索时,对输入的内容分词
IK分词器有几种模式?
- ik_smart:智能切分,粗粒度
- ik_max_word:最细切分,细粒度
IK分词器如何拓展词条?如何停用词条?
- 利用config目录的IkAnalyzer.cfg.xml文件添加拓展词典和停用词典
- 在词典中添加拓展词条或者停用词条
2.索引库操作
索引库就类似数据库表,mapping映射就类似表的结构。
我们要向es中存储数据,必须先创建“库”和“表”。
2.1.mapping映射属性
mapping是对索引库中文档的约束,常见的mapping属性包括:
- type:字段数据类型,常见的简单类型有:
- 字符串:text(可分词的文本)、keyword(精确值,例如:品牌、国家、ip地址)
- 数值:long、integer、short、byte、double、float、
- 布尔:boolean
- 日期:date
- 对象:object
- index:是否创建索引,默认为true
- analyzer:使用哪种分词器
- properties:该字段的子字段
例如下面的json文档:
{
"age": 21,
"weight": 52.1,
"isMarried": false,
"info": "黑马程序员Java讲师",
"email": "zy@itcast.cn",
"score": [99.1, 99.5, 98.9],
"name": {
"firstName": "云",
"lastName": "赵"
}
}
对应的每个字段映射(mapping):
- age:类型为 integer;参与搜索,因此需要index为true;无需分词器
- weight:类型为float;参与搜索,因此需要index为true;无需分词器
- isMarried:类型为boolean;参与搜索,因此需要index为true;无需分词器
- info:类型为字符串,需要分词,因此是text;参与搜索,因此需要index为true;分词器可以用ik_smart
- email:类型为字符串,但是不需要分词,因此是keyword;不参与搜索,因此需要index为false;无需分词器
- score:虽然是数组,但是我们只看元素的类型,类型为float;参与搜索,因此需要index为true;无需分词器
- name:类型为object,需要定义多个子属性
- name.firstName;类型为字符串,但是不需要分词,因此是keyword;参与搜索,因此需要index为true;无需分词器
- name.lastName;类型为字符串,但是不需要分词,因此是keyword;参与搜索,因此需要index为true;无需分词器
2.2.索引库的CRUD
这里我们统一使用Kibana编写DSL的方式来演示。
2.2.1.创建索引库和映射
基本语法:
- 请求方式:PUT
- 请求路径:/索引库名,可以自定义
- 请求参数:mapping映射
格式:
PUT /索引库名称
{
"mappings": {
"properties": {
"字段名":{
"type": "text",
"analyzer": "ik_smart"
},
"字段名2":{
"type": "keyword",
"index": "false"
},
"字段名3":{
"properties": {
"子字段": {
"type": "keyword"
}
}
},
// ...略
}
}
}
示例:
PUT /heima
{
"mappings":{
"properties":{
"info":{
"type":"text",
"analyzer":"ik_smart"
},
"email":{
"type":"keyword",
"index":false
},
"name":{
"type":"object",
"properties":{
"firstName":{
"type":"keyword"
},
"lastName":{
"type":"keyword"
}
}
}
}
}
}
2.2.2.查询索引库
:
-
请求方式:GET
-
请求路径:/索引库名
-
请求参数:无
:
GET /索引库名
:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-JVMCZUVI-1648949935577)(assets/image-20210720211019329.png)]
2.2.3.修改索引库
倒排索引结构虽然不复杂,但是一旦数据结构改变(比如改变了分词器),就需要重新创建倒排索引,这简直是灾难。因此索引库。
虽然无法修改mapping中已有的字段,但是却允许添加新的字段到mapping中,因为不会对倒排索引产生影响。
:
PUT /索引库名/_mapping
{
"properties": {
"新字段名":{
"type": "integer"
}
}
}
:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-9u5WhTW0-1648949935577)(assets/image-20210720212357390.png)]
2.2.4.删除索引库
-
请求方式:DELETE
-
请求路径:/索引库名
-
请求参数:无
DELETE /索引库名
在kibana中测试:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-o87hmwwI-1648949935577)(assets/image-20210720212123420.png)]
2.2.5.总结
索引库操作有哪些?
- 创建索引库:PUT /索引库名
- 查询索引库:GET /索引库名
- 删除索引库:DELETE /索引库名
- 添加字段:PUT /索引库名/_mapping
3.文档操作
3.1.新增文档
POST /索引库名/_doc/文档id
{
"字段1": "值1",
"字段2": "值2",
"字段3": {
"子属性1": "值3",
"子属性2": "值4"
},
// ...
}
POST /heima/_doc/1
{
"info": "黑马程序员Java讲师",
"email": "zy@itcast.cn",
"name": {
"firstName": "云",
"lastName": "赵"
}
}
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-rsxQ572N-1648949935578)(assets/image-20210720212933362.png)]
3.2.查询文档
根据rest风格,新增是post,查询应该是get,不过查询一般都需要条件,这里我们把文档id带上。
GET /{
索引库名称}/_doc/{
id}
GET /heima/_doc/1
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-HmSUYhcI-1648949935578)(assets/image-20210720213345003.png)]
3.3.删除文档
删除使用DELETE请求,同样,需要根据id进行删除:
DELETE /{
索引库名}/_doc/id值
# 根据id删除数据
DELETE /heima/_doc/1
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-yyr0A6pK-1648949935578)(assets/image-20210720213634918.png)]
3.4.修改文档
修改有两种方式:
- 全量修改:直接覆盖原来的文档
- 增量修改:修改文档中的部分字段
3.4.1.全量修改
全量修改是覆盖原来的文档,其本质是:
- 根据指定的id删除文档
- 新增一个相同id的文档
:如果根据id删除时,id不存在,第二步的新增也会执行,也就从修改变成了新增操作了。
PUT /{
索引库名}/_doc/文档id
{
"字段1": "值1",
"字段2": "值2",
// ... 略
}
PUT /heima/_doc/1
{
"info": "黑马程序员高级Java讲师",
"email": "zy@itcast.cn",
"name": {
"firstName": "云",
"lastName": "赵"
}
}
3.4.2.增量修改
增量修改是只修改指定id匹配的文档中的部分字段。
POST /{
索引库名}/_update/文档id
{
"doc": {
"字段名": "新的值",
}
}
POST /heima/_update/1
{
"doc": {
"email": "ZhaoYun@itcast.cn"
}
}
3.5.总结
文档操作有哪些?
- 创建文档:POST /{索引库名}/_doc/文档id { json文档 }
- 查询文档:GET /{索引库名}/_doc/文档id
- 删除文档:DELETE /{索引库名}/_doc/文档id
- 修改文档:
- 全量修改:PUT /{索引库名}/_doc/文档id { json文档 }
- 增量修改:POST /{索引库名}/_update/文档id { “doc”: {字段}}
4.RestAPI
ES官方提供了各种不同语言的客户端,用来操作ES。这些客户端的本质就是组装DSL语句,通过http请求发送给ES。官方文档地址:https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/client/index.html
其中的Java Rest Client又包括两种:
- Java Low Level Rest Client
- Java High Level Rest Client
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-d45jG2nt-1648949935579)(assets/image-20210720214555863.png)]
我们学习的是Java HighLevel Rest Client客户端API
4.0.导入Demo工程
4.0.1.导入数据
首先导入课前资料提供的数据库数据:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-JQ2nSQ2L-1648949935579)(assets/image-20210720220400297.png)]
数据结构如下:
CREATE TABLE `tb_hotel` (
`id` bigint(20) NOT NULL COMMENT '酒店id',
`name` varchar(255) NOT NULL COMMENT '酒店名称;例:7天酒店',
`address` varchar(255) NOT NULL COMMENT '酒店地址;例:航头路',
`price` int(10) NOT NULL COMMENT '酒店价格;例:329',
`score` int(2) NOT NULL COMMENT '酒店评分;例:45,就是4.5分',
`brand` varchar(32) NOT NULL COMMENT '酒店品牌;例:如家',
`city` varchar(32) NOT NULL COMMENT '所在城市;例:上海',
`star_name` varchar(16) DEFAULT NULL COMMENT '酒店星级,从低到高分别是:1星到5星,1钻到5钻',
`business` varchar(255) DEFAULT NULL COMMENT '商圈;例:虹桥',
`latitude` varchar(32) NOT NULL COMMENT '纬度;例:31.2497',
`longitude` varchar(32) NOT NULL COMMENT '经度;例:120.3925',
`pic` varchar(255) DEFAULT NULL COMMENT '酒店图片;例:/img/1.jpg',
PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;
4.0.2.导入项目
然后导入课前资料提供的项目:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-5j24of65-1648949935579)(assets/image-20210720220503411.png)]
项目结构如图:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-tFipdGqK-1648949935580)(assets/image-20210720220647541.png)]
4.0.3.mapping映射分析
创建索引库,最关键的是mapping映射,而mapping映射要考虑的信息包括:
- 字段名
- 字段数据类型
- 是否参与搜索
- 是否需要分词
- 如果分词,分词器是什么?
其中:
- 字段名、字段数据类型,可以参考数据表结构的名称和类型
- 是否参与搜索要分析业务来判断,例如图片地址,就无需参与搜索
- 是否分词呢要看内容,内容如果是一个整体就无需分词,反之则要分词
- 分词器,我们可以统一使用ik_max_word
来看下酒店数据的索引库结构:
PUT /hotel
{
"mappings": {
"properties": {
"id": {
"type": "keyword"
},
"name":{
"type": "text",
"analyzer": "ik_max_word",
"copy_to": "all"
},
"address":{
"type": "keyword",
"index": false
},
"price":{
"type": "integer"
},
"score":{
"type": "integer"
},
"brand":{
"type": "keyword",
"copy_to": "all"
},
"city":{
"type": "keyword",
"copy_to": "all"
},
"starName":{
"type": "keyword"
},
"business":{
"type": "keyword"
},
"location":{
"type": "geo_point"
},
"pic":{
"type": "keyword",
"index": false
},
"all":{
"type": "text",
"analyzer": "ik_max_word"
}
}
}
}
几个特殊字段说明:
- location:地理坐标,里面包含精度、纬度
- all:一个组合字段,其目的是将多字段的值 利用copy_to合并,提供给用户搜索
地理坐标说明:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-NGHL5fkw-1648949935580)(assets/image-20210720222110126.png)]
copy_to说明:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-7OJhBpau-1648949935580)(assets/image-20210720222221516.png)]
4.0.4.初始化RestClient
在elasticsearch提供的API中,与elasticsearch一切交互都封装在一个名为RestHighLevelClient的类中,必须先完成这个对象的初始化,建立与elasticsearch的连接。
分为三步:
1)引入es的RestHighLevelClient依赖:
<dependency>
<groupId>org.elasticsearch.client</groupId>
<artifactId>elasticsearch-rest-high-level-client</artifactId>
</dependency>
2)因为SpringBoot默认的ES版本是7.6.2,所以我们需要覆盖默认的ES版本:
<properties>
<java.version>1.8</java.version>
<elasticsearch.version>7.12.1</elasticsearch.version>
</properties>
3)初始化RestHighLevelClient:
初始化的代码如下:
RestHighLevelClient client = new RestHighLevelClient(RestClient.builder(
HttpHost.create("http://192.168.150.101:9200")
));
这里为了单元测试方便,我们创建一个测试类HotelIndexTest,然后将初始化的代码编写在@BeforeEach方法中:
package cn.itcast.hotel;
import org.apache.http.HttpHost;
import org.elasticsearch.client.RestHighLevelClient;
import org.junit.jupiter.api.AfterEach;
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import java.io.IOException;
public class HotelIndexTest {
private RestHighLevelClient client;
@BeforeEach
void setUp() {
this.client = new RestHighLevelClient(RestClient.builder(
HttpHost.create("http://192.168.150.101:9200")
));
}
@AfterEach
void tearDown() throws IOException {
this.client.close();
}
}
4.1.创建索引库
4.1.1.代码解读
创建索引库的API如下:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ktoVJ8Nd-1648949935581)(assets/image-20210720223049408.png)]
代码分为三步:
- 1)创建Request对象。因为是创建索引库的操作,因此Request是CreateIndexRequest。
- 2)添加请求参数,其实就是DSL的JSON参数部分。因为json字符串很长,这里是定义了静态字符串常量MAPPING_TEMPLATE,让代码看起来更加优雅。
- 3)发送请求,client.indices()方法的返回值是IndicesClient类型,封装了所有与索引库操作有关的方法。
4.1.2.完整示例
在hotel-demo的cn.itcast.hotel.constants包下,创建一个类,定义mapping映射的JSON字符串常量:
package cn.itcast.hotel.constants;
public class HotelConstants {
public static final String MAPPING_TEMPLATE = "{\n" +
" \"mappings\": {\n" +
" \"properties\": {\n" +
" \"id\": {\n" +
" \"type\": \"keyword\"\n" +
" },\n" +
" \"name\":{\n" +
" \"type\": \"text\",\n" +
" \"analyzer\": \"ik_max_word\",\n" +
" \"copy_to\": \"all\"\n" +
" },\n" +
" \"address\":{\n" +
" \"type\": \"keyword\",\n" +
" \"index\": false\n" +
" },\n" +
" \"price\":{\n" +
" \"type\": \"integer\"\n" +
" },\n" +
" \"score\":{\n" +
" \"type\": \"integer\"\n" +
" },\n" +
" \"brand\":{\n" +