一、简介
1.1、elasticsearch的作用
elasticsearch是一款非常强大的开源搜索引擎,具备非常多强大功能,可以帮助我们从海量数据中快速找到需要的内容
例如:
-
在GitHub搜索代码
- 在电商网站搜索商品
- 在百度搜索答案
1.2、ELK技术栈
elasticsearch结合kibana、Logstash、Beats,也就是elastic stack(ELK)。被广泛应用在日志数据分析、实时监控等领域:
而elasticsearch是elastic stack的核心,负责存储、搜索、分析数据。
1.3、elasticsearch和lucene
elasticsearch底层是基于lucene来实现的。
Lucene是一个Java语言的搜索引擎类库,是Apache公司的顶级项目,由DougCutting于1999年研发。官网地址:Apache Lucene - Welcome to Apache Lucene 。
elasticsearch的发展历史:
-
2004年Shay Banon基于Lucene开发了Compass
-
2010年Shay Banon 重写了Compass,取名为Elasticsearch。
1.4、为什么不是其他搜索技术?
目前比较知名的搜索引擎技术排名:
虽然在早期,Apache Solr是最主要的搜索引擎技术,但随着发展elasticsearch已经渐渐超越了Solr,独占鳌头:
1.5、总结
什么是elasticsearch?
-
一个开源的分布式搜索引擎,可以用来实现搜索、日志统计、分析、系统监控等功能
什么是elastic stack(ELK)?
-
是以elasticsearch为核心的技术栈,包括beats、Logstash、kibana、elasticsearch
什么是Lucene?
-
是Apache的开源搜索引擎类库,提供了搜索引擎的核心API
二、倒排索引
倒排索引的概念是基于MySQL这样的正向索引而言的。
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:
如果是根据id查询,那么直接走索引,查询速度非常快。
但如果是基于title做模糊查询,只能是逐行扫描数据,流程如下:
- 用户搜索数据,条件是title符合
"%手机%"
- 逐行获取数据,比如id为1的数据
- 判断数据中的title是否符合用户搜索条件
- 如果符合则放入结果集,不符合则丢弃。回到步骤1
逐行扫描,也就是全表扫描,随着数据量增加,其查询效率也会越来越低。当数据量达到数百万时,就是一场灾难。
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
):对文档数据或用户搜索数据,利用某种算法分词,得到的具备含义的词语就是词条。例如:我是中国人,就可以分为:我、是、中国人、中国、国人这样的几个词条
创建倒排索引是对正向索引的一种特殊处理,流程如下:
-
将每一个文档的数据利用算法分词,得到一个个词条
-
创建表,每行数据包括词条、词条所在文档id、位置等信息
-
因为词条唯一性,可以给词条创建索引,例如hash表结构索引
如图:
倒排索引的搜索流程如下(以搜索"华为手机"为例):
- 用户输入条件
"华为手机"
进行搜索。 - 对用户输入内容分词,得到词条:
华为
、手机
。 - 拿着词条在倒排索引中查找,可以得到包含词条的文档id:1、2、3。
- 拿着文档id到正向索引中查找具体文档。
如图:
虽然要先查询倒排索引,再查询倒排索引,但是无论是词条、还是文档id都建立了索引,查询速度非常快!无需全表扫描。
2.3、正向和倒排
那么为什么一个叫做正向索引,一个叫做倒排索引呢?
-
正向索引是最传统的,根据id索引的方式。但根据词条查询时,必须先逐条获取每个文档,然后判断文档中是否包含所需要的词条,是根据文档找词条的过程。
-
而倒排索引则相反,是先找到用户要搜索的词条,根据词条得到保护词条的文档的id,然后根据id获取文档。是根据词条找文档的过程。
是不是恰好反过来了?
那么两者方式的优缺点是什么呢?
正向索引:
-
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。
-
倒排索引:
-
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
-
三、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。
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:
而Json文档中往往包含很多的字段(Field),类似于数据库中的列。
3.2、索引和映射
索引(Index),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;
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,索引库中就有映射(mapping),是索引中文档的字段约束信息,类似表的结构约束。
3.3、mysql与elasticsearch
我们统一的把mysql与elasticsearch的概念做一下对比:
MySQL | Elasticsearch | 说明 |
---|---|---|
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
四、安装es、kibana
4.1、安装
4.1.1、部署单点es
创建网络
因为我们还需要部署kibana容器,因此需要让es和kibana容器互联。这里先创建一个网络:
docker network create es-net
加载镜像
这里我们采用elasticsearch的7.12.1版本的镜像,可以直接pull,或下载tar包后上传到虚拟机
下载tar包将其上传到虚拟机中,然后运行命令加载即可:
# 导入数据 docker load -i es.tar
运行
运行docker命令,部署单点es:
docker run -d \ --name es \ -e "ES_JAVA_OPTS=-Xms512m -Xmx512m" \ -e "discovery.type=single-node" \ -v es-data:/usr/share/elasticsearch/data \ -v es-plugins:/usr/share/elasticsearch/plugins \ --privileged \ --network es-net \ -p 9200:9200 \ -p 9300:9300 \ elasticsearch:7.12.1
命令解释:
-e "cluster.name=es-docker-cluster"
:设置集群名称
-e "http.host=0.0.0.0"
:监听的地址,可以外网访问
-e "ES_JAVA_OPTS=-Xms512m -Xmx512m"
:内存大小
-e "discovery.type=single-node"
:非集群模式
-v es-data:/usr/share/elasticsearch/data
:挂载逻辑卷,绑定es的数据目录
-v es-logs:/usr/share/elasticsearch/logs
:挂载逻辑卷,绑定es的日志目录
-v es-plugins:/usr/share/elasticsearch/plugins
:挂载逻辑卷,绑定es的插件目录
--privileged
:授予逻辑卷访问权
--network es-net
:加入一个名为es-net的网络中
-p 9200:9200
:端口映射配置在浏览器中输入:http://虚拟机IP:9200 即可看到elasticsearch的响应结果:
4.1.2、部署kibana
kibana可以给我们提供一个elasticsearch的可视化界面
部署
运行docker命令,部署kibana
docker run -d \ --name kibana \ -e ELASTICSEARCH_HOSTS=http://es:9200 \ --network=es-net \ -p 5601:5601 \ kibana:7.12.1
--network es-net
:加入一个名为es-net的网络中,与elasticsearch在同一个网络中
-e ELASTICSEARCH_HOSTS=http://es:9200"
:设置elasticsearch的地址,因为kibana已经与elasticsearch在一个网络,因此可以用容器名直接访问elasticsearch
-p 5601:5601
:端口映射配置kibana启动一般比较慢,需要多等待一会,可以通过命令:
docker logs -f kibana
查看运行日志,当查看到下面的日志,说明成功:
此时,在浏览器输入地址访问:http://虚拟机IP:5601,即可看到结果
DevTools
kibana中提供了一个DevTools界面:
这个界面中可以编写DSL来操作elasticsearch。并且对DSL语句有自动补全功能。
4.1.3、部署es集群
部署es集群可以直接使用docker-compose来完成,不过要求你的Linux虚拟机至少有4G的内存空间
首先编写一个docker-compose文件,内容如下:
version: '2.2'
services:
es01:
image: docker.elastic.co/elasticsearch/elasticsearch:7.12.1
container_name: es01
environment:
- node.name=es01
- cluster.name=es-docker-cluster
- discovery.seed_hosts=es02,es03
- cluster.initial_master_nodes=es01,es02,es03
- bootstrap.memory_lock=true
- "ES_JAVA_OPTS=-Xms512m -Xmx512m"
ulimits:
memlock:
soft: -1
hard: -1
volumes:
- data01:/usr/share/elasticsearch/data
ports:
- 9200:9200
networks:
- elastic
es02:
image: docker.elastic.co/elasticsearch/elasticsearch:7.12.1
container_name: es02
environment:
- node.name=es02
- cluster.name=es-docker-cluster
- discovery.seed_hosts=es01,es03
- cluster.initial_master_nodes=es01,es02,es03
- bootstrap.memory_lock=true
- "ES_JAVA_OPTS=-Xms512m -Xmx512m"
ulimits:
memlock:
soft: -1
hard: -1
volumes:
- data02:/usr/share/elasticsearch/data
networks:
- elastic
es03:
image: docker.elastic.co/elasticsearch/elasticsearch:7.12.1
container_name: es03
environment:
- node.name=es03
- cluster.name=es-docker-cluster
- discovery.seed_hosts=es01,es02
- cluster.initial_master_nodes=es01,es02,es03
- bootstrap.memory_lock=true
- "ES_JAVA_OPTS=-Xms512m -Xmx512m"
ulimits:
memlock:
soft: -1
hard: -1
volumes:
- data03:/usr/share/elasticsearch/data
networks:
- elastic
volumes:
data01:
driver: local
data02:
driver: local
data03:
driver: local
networks:
elastic:
driver: bridge
Run docker-compose
to bring up the cluster:
docker-compose up
4.2、分词器
安装IK分词器
在线安装ik插件(较慢)
# 进入容器内部 docker exec -it elasticsearch /bin/bash # 在线下载并安装 ./bin/elasticsearch-plugin install https://github.com/medcl/elasticsearch-analysis-ik/releases/download/v7.12.1/elasticsearch-analysis-ik-7.12.1.zip #退出 exit #重启容器 docker restart elasticsearch
离线安装ik插件(推荐)
1)查看数据卷目录
安装插件需要知道elasticsearch的plugins目录位置,而我们用了数据卷挂载,因此需要查看elasticsearch的数据卷目录,通过下面命令查看:
docker volume inspect es-plugins
显示结果:
[ { "CreatedAt": "2022-05-06T10:06:34+08:00", "Driver": "local", "Labels": null, "Mountpoint": "/var/lib/docker/volumes/es-plugins/_data", "Name": "es-plugins", "Options": null, "Scope": "local" } ]
说明plugins目录被挂载到了:
/var/lib/docker/volumes/es-plugins/_data
这个目录中。
2)解压缩分词器安装包
下面我们需要把课前资料中的ik分词器解压缩,重命名为ik
3)上传到es容器的插件数据卷中
也就是
/var/lib/docker/volumes/es-plugins/_data
:
4)重启容器
# 4、重启容器 docker restart es
# 查看es日志 docker logs -f es
5)测试:
IK分词器包含两种模式:
ik_smart
:最少切分
ik_max_word
:最细切分
扩展词词典
随着互联网的发展,“造词运动”也越发的频繁。出现了很多新的词语,在原有的词汇列表中并不存在。比如:“奥力给”,“白嫖” 等。
所以我们的词汇也需要不断的更新,IK分词器提供了扩展词汇的功能。
1)打开IK分词器config目录:
2)在IKAnalyzer.cfg.xml配置文件内容添加:
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <!DOCTYPE properties SYSTEM "http://java.sun.com/dtd/properties.dtd"> <properties> <comment>IK Analyzer 扩展配置</comment> <!--用户可以在这里配置自己的扩展字典 *** 添加扩展词典--> <entry key="ext_dict">ext.dic</entry> </properties>
3)新建一个 ext.dic,可以参考config目录下复制一个配置文件进行修改
白嫖
4)重启elasticsearch
docker restart es
# 查看 日志
docker logs -f elasticsearch日志中已经成功加载ext.dic配置文件
- 注意当前文件的编码必须是 UTF-8 格式,严禁使用Windows记事本编辑
停用词词典
在互联网项目中,在网络间传输的速度很快,所以很多语言是不允许在网络上传递的,如:关于宗教、政治等敏感词语,那么我们在搜索时也应该忽略当前词汇。
IK分词器也提供了强大的停用词功能,让我们在索引时就直接忽略当前的停用词汇表中的内容。
1)IKAnalyzer.cfg.xml配置文件内容添加:
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <!DOCTYPE properties SYSTEM "http://java.sun.com/dtd/properties.dtd"> <properties> <comment>IK Analyzer 扩展配置</comment> <!--用户可以在这里配置自己的扩展字典--> <entry key="ext_dict">ext.dic</entry> <!--用户可以在这里配置自己的扩展停止词字典 *** 添加停用词词典--> <entry key="ext_stopwords">stopword.dic</entry> </properties>
3)在 stopword.dic 添加停用词
XXX
4)重启elasticsearch
# 重启服务 docker restart elasticsearch docker restart kibana # 查看 日志 docker logs -f elasticsearch
日志中已经成功加载stopword.dic配置文件
- 注意当前文件的编码必须是 UTF-8 格式,严禁使用Windows记事本编辑
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