一、DSL查询文档
elasticsearch的查询依然是基于JSON风格的DSL来实现的。
1.1、DSL查询分类
Elasticsearch提供了基于JSON的DSL(Domain Specific Language)来定义查询。常见的查询类型包括:
-
查询所有:查询出所有数据,一般测试用。例如:match_all
-
全文检索(full text)查询:利用分词器对用户输入内容分词,然后去倒排索引库中匹配。例如:
-
match_query
-
multi_match_query
-
-
精确查询:根据精确词条值查找数据,一般是查找keyword、数值、日期、boolean等类型字段。例如:
-
ids
-
range
-
term
-
-
地理(geo)查询:根据经纬度查询。例如:
-
geo_distance
-
geo_bounding_box
-
-
复合(compound)查询:复合查询可以将上述各种查询条件组合起来,合并查询条件。例如:
-
bool
-
function_score
-
查询的语法基本一致:
GET /indexName/_search
{
"query": {
"查询类型": {
"查询条件": "条件值"
}
}
}
我们以查询所有为例,其中:
-
查询类型为match_all
-
没有查询条件
// 查询所有
GET /indexName/_search
{
"query": {
"match_all": {
}
}
}
其它查询无非就是查询类型、查询条件的变化。
1.2、全文检索查询
使用场景
全文检索查询的基本流程如下:
对用户搜索的内容做分词,得到词条
根据词条去倒排索引库中匹配,得到文档id
根据文档id找到文档,返回给用户
比较常用的场景包括:
商城的输入框搜索
百度输入框搜索
例如京东:
因为是拿着词条去匹配,因此参与搜索的字段也必须是可分词的text类型的字段。
基本语法
常见的全文检索查询包括:
match查询:单字段查询
multi_match查询:多字段查询,任意一个字段符合条件就算符合查询条件
match查询语法如下:
GET /indexName/_search { "query": { "match": { "FIELD": "TEXT" } } }
mulit_match语法如下:
GET /indexName/_search { "query": { "multi_match": { "query": "TEXT", "fields": ["FIELD1", " FIELD12"] } } }
示例
match查询示例:
multi_match查询示例:
可以看到,两种查询结果是一样的,为什么?.
因为我们将brand、name、business值都利用copy_to复制到了all字段中。因此你根据三个字段搜索,和根据all字段搜索效果当然一样了。
但是,搜索字段越多,对查询性能影响越大,因此建议采用copy_to,然后单字段查询的方式。
总结
match和multi_match的区别是什么?
match:根据一个字段查询
multi_match:根据多个字段查询,参与查询字段越多,查询性能越差
1.3、精准查询
精确查询一般是查找keyword、数值、日期、boolean等类型字段。所以不会对搜索条件分词。常见的有:
-
term:根据词条精确值查询
-
range:根据值的范围查询
term查询
因为精确查询的字段搜是不分词的字段,因此查询的条件也必须是不分词的词条。查询时,用户输入的内容跟自动值完全匹配时才认为符合条件。如果用户输入的内容过多,反而搜索不到数据。
语法说明:
// term查询 GET /indexName/_search { "query": { "term": { "FIELD": { "value": "VALUE" } } } }
示例:
当我搜索的是精确词条时,能正确查询出结果:
但是,当我搜索的内容不是词条,而是多个词语形成的短语时,反而搜索不到:
range查询
范围查询,一般应用在对数值类型做范围过滤的时候。比如做价格范围过滤。
基本语法:
// range查询 GET /indexName/_search { "query": { "range": { "FIELD": { "gte": 10, // 这里的gte代表大于等于,gt则代表大于 "lte": 20 // lte代表小于等于,lt则代表小于 } } } }
示例:
总结
精确查询常见的有哪些?
term查询:根据词条精确匹配,一般搜索keyword类型、数值类型、布尔类型、日期类型字段
range查询:根据数值范围查询,可以是数值、日期的范围
1.4、地理坐标查询
所谓的地理坐标查询,其实就是根据经纬度查询,官方文档:Geo queries | Elasticsearch Guide [8.7] | Elastic
常见的使用场景包括:
-
携程:搜索我附近的酒店
-
滴滴:搜索我附近的出租车
-
微信:搜索我附近的人
附近的酒店:
附近的车:
矩形范围查询
矩形范围查询,也就是geo_bounding_box查询,查询坐标落在某个矩形范围的所有文档:
查询时,需要指定矩形的左上、右下两个点的坐标,然后画出一个矩形,落在该矩形内的都是符合条件的点。
语法如下:
// geo_bounding_box查询 GET /indexName/_search { "query": { "geo_bounding_box": { "FIELD": { "top_left": { // 左上点 "lat": 31.1, "lon": 121.5 }, "bottom_right": { // 右下点 "lat": 30.9, "lon": 121.7 } } } } }
附近查询
附近查询,也叫做距离查询(geo_distance):查询到指定中心点小于某个距离值的所有文档。
换句话来说,在地图上找一个点作为圆心,以指定距离为半径,画一个圆,落在圆内的坐标都算符合条件:
语法说明:
// geo_distance 查询 GET /indexName/_search { "query": { "geo_distance": { "distance": "15km", // 半径 "FIELD": "31.21,121.5" // 圆心 } } }
示例:
我们先搜索陆家嘴附近15km的酒店:
发现共有47家酒店。
然后把半径缩短到3公里:
可以发现,搜索到的酒店数量减少到了5家。
1.5、复合查询
复合(compound)查询:复合查询可以将其它简单查询组合起来,实现更复杂的搜索逻辑。常见的有两种:
-
fuction score:算分函数查询,可以控制文档相关性算分,控制文档排名
-
bool query:布尔查询,利用逻辑关系组合多个其它的查询,实现复杂搜索
1.5.1、相关性算分
当我们利用match查询时,文档结果会根据与搜索词条的关联度打分(_score),返回结果时按照分值降序排列。
例如,我们搜索 "虹桥如家",结果如下:
[
{
"_score" : 17.850193,
"_source" : {
"name" : "虹桥如家酒店真不错",
}
},
{
"_score" : 12.259849,
"_source" : {
"name" : "外滩如家酒店真不错",
}
},
{
"_score" : 11.91091,
"_source" : {
"name" : "迪士尼如家酒店真不错",
}
}
]
在elasticsearch中,早期使用的打分算法是TF-IDF算法,公式如下:
在后来的5.1版本升级中,elasticsearch将算法改进为BM25算法,公式如下:
TF-IDF算法有一各缺陷,就是词条频率越高,文档得分也会越高,单个词条对文档影响较大。而BM25则会让单个词条的算分有一个上限,曲线更加平滑:
小结:elasticsearch会根据词条和文档的相关度做打分,算法由两种:
-
TF-IDF算法
-
BM25算法,elasticsearch5.1版本后采用的算法
1.5.2、算分函数查询
根据相关度打分是比较合理的需求,但合理的不一定是产品经理需要的。
以百度为例,你搜索的结果中,并不是相关度越高排名越靠前,而是谁掏的钱多排名就越靠前。
要想认为控制相关性算分,就需要利用elasticsearch中的function score 查询了。
语法说明
function score 查询中包含四部分内容:
原始查询条件:query部分,基于这个条件搜索文档,并且基于BM25算法给文档打分,原始算分(query score)
过滤条件:filter部分,符合该条件的文档才会重新算分
算分函数:符合filter条件的文档要根据这个函数做运算,得到的函数算分(function score),有四种函数
weight:函数结果是常量
field_value_factor:以文档中的某个字段值作为函数结果
random_score:以随机数作为函数结果
script_score:自定义算分函数算法
运算模式:算分函数的结果、原始查询的相关性算分,两者之间的运算方式,包括:
multiply:相乘
replace:用function score替换query score
其它,例如:sum、avg、max、min
function score的运行流程如下:
1)根据原始条件查询搜索文档,并且计算相关性算分,称为原始算分(query score)
2)根据过滤条件,过滤文档
3)符合过滤条件的文档,基于算分函数运算,得到函数算分(function score)
4)将原始算分(query score)和函数算分(function score)基于运算模式做运算,得到最终结果,作为相关性算分。
因此,其中的关键点是:
过滤条件:决定哪些文档的算分被修改
算分函数:决定函数算分的算法
运算模式:决定最终算分结果
2)示例
需求:给“如家”这个品牌的酒店排名靠前一些
翻译一下这个需求,转换为之前说的四个要点:
原始条件:不确定,可以任意变化
过滤条件:brand = "如家"
算分函数:可以简单粗暴,直接给固定的算分结果,weight
运算模式:比如求和
因此最终的DSL语句如下:
GET /hotel/_search { "query": { "function_score": { "query": { .... }, // 原始查询,可以是任意条件 "functions": [ // 算分函数 { "filter": { // 满足的条件,品牌必须是如家 "term": { "brand": "如家" } }, "weight": 2 // 算分权重为2 } ], "boost_mode": "sum" // 加权模式,求和 } } }
测试,在未添加算分函数时,如家得分如下:
添加了算分函数后,如家得分就提升了:
3)小结
function score query定义的三要素是什么?
过滤条件:哪些文档要加分
算分函数:如何计算function score
加权方式:function score 与 query score如何运算
1.5.3、布尔查询
布尔查询是一个或多个查询子句的组合,每一个子句就是一个子查询。子查询的组合方式有:
-
must:必须匹配每个子查询,类似“与”
-
should:选择性匹配子查询,类似“或”
-
must_not:必须不匹配,不参与算分,类似“非”
-
filter:必须匹配,不参与算分
比如在搜索酒店时,除了关键字搜索外,我们还可能根据品牌、价格、城市等字段做过滤:
每一个不同的字段,其查询的条件、方式都不一样,必须是多个不同的查询,而要组合这些查询,就必须用bool查询了。
需要注意的是,搜索时,参与打分的字段越多,查询的性能也越差。因此这种多条件查询时,建议这样做:
-
搜索框的关键字搜索,是全文检索查询,使用must查询,参与算分
-
其它过滤条件,采用filter查询。不参与算分
语法示例
GET /hotel/_search { "query": { "bool": { "must": [ {"term": {"city": "上海" }} ], "should": [ {"term": {"brand": "皇冠假日" }}, {"term": {"brand": "华美达" }} ], "must_not": [ { "range": { "price": { "lte": 500 } }} ], "filter": [ { "range": {"score": { "gte": 45 } }} ] } } }
示例
需求:搜索名字包含“如家”,价格不高于400,在坐标31.21,121.5周围10km范围内的酒店。
分析:
名称搜索,属于全文检索查询,应该参与算分。放到must中
价格不高于400,用range查询,属于过滤条件,不参与算分。放到must_not中
周围10km范围内,用geo_distance查询,属于过滤条件,不参与算分。放到filter中
小结
bool查询有几种逻辑关系?
must:必须匹配的条件,可以理解为“与”
should:选择性匹配的条件,可以理解为“或”
must_not:必须不匹配的条件,不参与打分
filter:必须匹配的条件,不参与打分
二、搜索结果处理
搜索的结果可以按照用户指定的方式去处理或展示。
2.1、排序
elasticsearch默认是根据相关度算分(_score)来排序,但是也支持自定义方式对搜索结果排序。可以排序字段类型有:keyword类型、数值类型、地理坐标类型、日期类型等。
普通字段排序
keyword、数值、日期类型排序的语法基本一致。
语法:
GET /indexName/_search { "query": { "match_all": {} }, "sort": [ { "FIELD": "desc" // 排序字段、排序方式ASC、DESC } ] }
排序条件是一个数组,也就是可以写多个排序条件。按照声明的顺序,当第一个条件相等时,再按照第二个条件排序,以此类推
示例:
需求描述:酒店数据按照用户评价(score)降序排序,评价相同的按照价格(price)升序排序
地理坐标排序
地理坐标排序略有不同。
语法说明:
GET /indexName/_search { "query": { "match_all": {} }, "sort": [ { "_geo_distance" : { "FIELD" : "纬度,经度", // 文档中geo_point类型的字段名、目标坐标点 "order" : "asc", // 排序方式 "unit" : "km" // 排序的距离单位 } } ] }
这个查询的含义是:
指定一个坐标,作为目标点
计算每一个文档中,指定字段(必须是geo_point类型)的坐标 到目标点的距离是多少
根据距离排序
示例:
需求描述:实现对酒店数据按照到你的位置坐标的距离升序排序
假设我的位置是:31.034661,121.612282,寻找我周围距离最近的酒店。
2.2、分页
elasticsearch 默认情况下只返回top10的数据。而如果要查询更多数据就需要修改分页参数了。elasticsearch中通过修改from、size参数来控制要返回的分页结果:
-
from:从第几个文档开始
-
size:总共查询几个文档
类似于mysql中的 limit ?, ?
基本的分页
分页的基本语法如下:
GET /hotel/_search { "query": { "match_all": {} }, "from": 0, // 分页开始的位置,默认为0 "size": 10, // 期望获取的文档总数 "sort": [ {"price": "asc"} ] }
深度分页问题
现在,我要查询990~1000的数据,查询逻辑要这么写:
GET /hotel/_search { "query": { "match_all": {} }, "from": 990, // 分页开始的位置,默认为0 "size": 10, // 期望获取的文档总数 "sort": [ {"price": "asc"} ] }
这里是查询990开始的数据,也就是 第990~第1000条 数据。
不过,elasticsearch内部分页时,必须先查询 0~1000条,然后截取其中的990 ~ 1000的这10条:
查询TOP1000,如果es是单点模式,这并无太大影响。
但是elasticsearch将来一定是集群,例如我集群有5个节点,我要查询TOP1000的数据,并不是每个节点查询200条就可以了。
因为节点A的TOP200,在另一个节点可能排到10000名以外了。
因此要想获取整个集群的TOP1000,必须先查询出每个节点的TOP1000,汇总结果后,重新排名,重新截取TOP1000。
那如果我要查询9900~10000的数据呢?是不是要先查询TOP10000呢?那每个节点都要查询10000条?汇总到内存中?
当查询分页深度较大时,汇总数据过多,对内存和CPU会产生非常大的压力,因此elasticsearch会禁止from+ size 超过10000的请求。
针对深度分页,ES提供了两种解决方案,官方文档:
search after:分页时需要排序,原理是从上一次的排序值开始,查询下一页数据。官方推荐使用的方式。
scroll:原理将排序后的文档id形成快照,保存在内存。官方已经不推荐使用。
小结
分页查询的常见实现方案以及优缺点:
from + size
:
优点:支持随机翻页
缺点:深度分页问题,默认查询上限(from + size)是10000
场景:百度、京东、谷歌、淘宝这样的随机翻页搜索
after search
:
优点:没有查询上限(单次查询的size不超过10000)
缺点:只能向后逐页查询,不支持随机翻页
场景:没有随机翻页需求的搜索,例如手机向下滚动翻页
scroll
:
优点:没有查询上限(单次查询的size不超过10000)
缺点:会有额外内存消耗,并且搜索结果是非实时的
场景:海量数据的获取和迁移。从ES7.1开始不推荐,建议用 after search方案。
2.3、高亮
高亮原理
什么是高亮显示呢?
我们在百度,京东搜索时,关键字会变成红色,比较醒目,这叫高亮显示:
高亮显示的实现分为两步:
1)给文档中的所有关键字都添加一个标签,例如
<em>
标签2)页面给
<em>
标签编写CSS样式
实现高亮
高亮的语法:
GET /hotel/_search { "query": { "match": { "FIELD": "TEXT" // 查询条件,高亮一定要使用全文检索查询 } }, "highlight": { "fields": { // 指定要高亮的字段 "FIELD": { "pre_tags": "<em>", // 用来标记高亮字段的前置标签 "post_tags": "</em>" // 用来标记高亮字段的后置标签 } } } }
注意:
高亮是对关键字高亮,因此搜索条件必须带有关键字,而不能是范围这样的查询。
默认情况下,高亮的字段,必须与搜索指定的字段一致,否则无法高亮
如果要对非搜索字段高亮,则需要添加一个属性:required_field_match=false
示例:
总结
查询的DSL是一个大的JSON对象,包含下列属性:
query:查询条件
from和size:分页条件
sort:排序条件
highlight:高亮条件
示例:
三、RestClient查询文档
文档的查询同样适用昨天学习的 RestHighLevelClient对象,基本步骤包括:
-
1)准备Request对象
-
2)准备请求参数
-
3)发起请求
-
4)解析响应
3.1、快速入门
我们以match_all查询为例
发起查询请求
代码解读:
第一步,创建
SearchRequest
对象,指定索引库名第二步,利用
request.source()
构建DSL,DSL中可以包含查询、分页、排序、高亮等
query()
:代表查询条件,利用QueryBuilders.matchAllQuery()
构建一个match_all查询的DSL第三步,利用client.search()发送请求,得到响应
这里关键的API有两个,一个是
request.source()
,其中包含了查询、排序、分页、高亮等所有功能:
另一个是
QueryBuilders
,其中包含match、term、function_score、bool等各种查询:
解析响应
响应结果的解析:
elasticsearch返回的结果是一个JSON字符串,结构包含:
hits
:命中的结果
total
:总条数,其中的value是具体的总条数值
max_score
:所有结果中得分最高的文档的相关性算分
hits
:搜索结果的文档数组,其中的每个文档都是一个json对象
_source
:文档中的原始数据,也是json对象因此,我们解析响应结果,就是逐层解析JSON字符串,流程如下:
SearchHits
:通过response.getHits()获取,就是JSON中的最外层的hits,代表命中的结果
SearchHits#getTotalHits().value
:获取总条数信息
SearchHits#getHits()
:获取SearchHit数组,也就是文档数组
SearchHit#getSourceAsString()
:获取文档结果中的_source,也就是原始的json文档数据
完整代码
完整代码如下:
@Test void testMatchAll() throws IOException { // 1.准备Request SearchRequest request = new SearchRequest("hotel"); // 2.准备DSL request.source() .query(QueryBuilders.matchAllQuery()); // 3.发送请求 SearchResponse response = client.search(request, RequestOptions.DEFAULT); // 4.解析响应 handleResponse(response); } private void handleResponse(SearchResponse response) { // 4.解析响应 SearchHits searchHits = response.getHits(); // 4.1.获取总条数 long total = searchHits.getTotalHits().value; System.out.println("共搜索到" + total + "条数据"); // 4.2.文档数组 SearchHit[] hits = searchHits.getHits(); // 4.3.遍历 for (SearchHit hit : hits) { // 获取文档source String json = hit.getSourceAsString(); // 反序列化 HotelDoc hotelDoc = JSON.parseObject(json, HotelDoc.class); System.out.println("hotelDoc = " + hotelDoc); } }
小结
查询的基本步骤是:
创建SearchRequest对象
准备Request.source(),也就是DSL。
① QueryBuilders来构建查询条件
② 传入Request.source() 的 query() 方法
发送请求,得到结果
解析结果(参考JSON结果,从外到内,逐层解析)
3.2、match查询
全文检索的match和multi_match查询与match_all的API基本一致。差别是查询条件,也就是query的部分。
因此,Java代码上的差异主要是request.source().query()中的参数了。同样是利用QueryBuilders提供的方法:
而结果解析代码则完全一致,可以抽取并共享。
完整代码如下:
@Test
void testMatch() throws IOException {
// 1.准备Request
SearchRequest request = new SearchRequest("hotel");
// 2.准备DSL
request.source()
.query(QueryBuilders.matchQuery("all", "如家"));
// 3.发送请求
SearchResponse response = client.search(request, RequestOptions.DEFAULT);
// 4.解析响应
handleResponse(response);
}
3.3、精确查询
精确查询主要是两者:
-
term:词条精确匹配
-
range:范围查询
与之前的查询相比,差异同样在查询条件,其它都一样。
查询条件构造的API如下:
3.4、布尔查询
布尔查询是用must、must_not、filter等方式组合其它查询,代码示例如下:
可以看到,API与其它查询的差别同样是在查询条件的构建,QueryBuilders,结果解析等其他代码完全不变。
完整代码如下:
@Test
void testBool() throws IOException {
// 1.准备Request
SearchRequest request = new SearchRequest("hotel");
// 2.准备DSL
// 2.1.准备BooleanQuery
BoolQueryBuilder boolQuery = QueryBuilders.boolQuery();
// 2.2.添加term
boolQuery.must(QueryBuilders.termQuery("city", "杭州"));
// 2.3.添加range
boolQuery.filter(QueryBuilders.rangeQuery("price").lte(250));
request.source().query(boolQuery);
// 3.发送请求
SearchResponse response = client.search(request, RequestOptions.DEFAULT);
// 4.解析响应
handleResponse(response);
}
3.5、排序、分页
搜索结果的排序和分页是与query同级的参数,因此同样是使用request.source()来设置。
对应的API如下:
完整代码示例:
@Test
void testPageAndSort() throws IOException {
// 页码,每页大小
int page = 1, size = 5;
// 1.准备Request
SearchRequest request = new SearchRequest("hotel");
// 2.准备DSL
// 2.1.query
request.source().query(QueryBuilders.matchAllQuery());
// 2.2.排序 sort
request.source().sort("price", SortOrder.ASC);
// 2.3.分页 from、size
request.source().from((page - 1) * size).size(5);
// 3.发送请求
SearchResponse response = client.search(request, RequestOptions.DEFAULT);
// 4.解析响应
handleResponse(response);
}
3.6、高亮
高亮的代码与之前代码差异较大,有两点:
-
查询的DSL:其中除了查询条件,还需要添加高亮条件,同样是与query同级。
-
结果解析:结果除了要解析_source文档数据,还要解析高亮结果
高亮请求构建
高亮请求的构建API如下:
上述代码省略了查询条件部分,但是大家不要忘了:高亮查询必须使用全文检索查询,并且要有搜索关键字,将来才可以对关键字高亮。
完整代码如下:
@Test void testHighlight() throws IOException { // 1.准备Request SearchRequest request = new SearchRequest("hotel"); // 2.准备DSL // 2.1.query request.source().query(QueryBuilders.matchQuery("all", "如家")); // 2.2.高亮 request.source().highlighter(new HighlightBuilder().field("name").requireFieldMatch(false)); // 3.发送请求 SearchResponse response = client.search(request, RequestOptions.DEFAULT); // 4.解析响应 handleResponse(response); }
高亮结果解析
高亮的结果与查询的文档结果默认是分离的,并不在一起。
因此解析高亮的代码需要额外处理:
代码解读:
第一步:从结果中获取source。hit.getSourceAsString(),这部分是非高亮结果,json字符串。还需要反序列为HotelDoc对象
第二步:获取高亮结果。hit.getHighlightFields(),返回值是一个Map,key是高亮字段名称,值是HighlightField对象,代表高亮值
第三步:从map中根据高亮字段名称,获取高亮字段值对象HighlightField
第四步:从HighlightField中获取Fragments,并且转为字符串。这部分就是真正的高亮字符串了
第五步:用高亮的结果替换HotelDoc中的非高亮结果
完整代码如下:
private void handleResponse(SearchResponse response) { // 4.解析响应 SearchHits searchHits = response.getHits(); // 4.1.获取总条数 long total = searchHits.getTotalHits().value; System.out.println("共搜索到" + total + "条数据"); // 4.2.文档数组 SearchHit[] hits = searchHits.getHits(); // 4.3.遍历 for (SearchHit hit : hits) { // 获取文档source String json = hit.getSourceAsString(); // 反序列化 HotelDoc hotelDoc = JSON.parseObject(json, HotelDoc.class); // 获取高亮结果 Map<String, HighlightField> highlightFields = hit.getHighlightFields(); if (!CollectionUtils.isEmpty(highlightFields)) { // 根据字段名获取高亮结果 HighlightField highlightField = highlightFields.get("name"); if (highlightField != null) { // 获取高亮值 String name = highlightField.getFragments()[0].string(); // 覆盖非高亮结果 hotelDoc.setName(name); } } System.out.println("hotelDoc = " + hotelDoc); } }