ElasticSearch学习笔记(一)倒排索引、ES和Kibana安装、索引操作

本文主要是介绍ElasticSearch学习笔记(一)倒排索引、ES和Kibana安装、索引操作，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

1 ElasticSearch入门

1.1 认识ElasticSearch

ElasticSearch（下文简称为ES）是一款非常强大的开源搜索引擎，可以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、在百度搜索答案等。

ElasticSearch结合Kibana、Logstash、Beats，被广泛应用在日志数据分析、实时监控等领域。即平常所说的Elastic Stack（ELK）。

• ElasticSearch：ELK的核心，负责存储、搜索、分析数据。
• Kibana：数据可视化。
• Logstash、Beats：数据抓取。

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：https://lucene.apache.org/。

2004年Shay Banon基于Lucene开发了Compass；2010年Shay Banon 重写了Compass，取名为ElasticSearch。相比Lucene，ElasticSearch优势更明显，它不仅支持分布式，可水平扩展，还提供Restful接口，可被任意语言调用。

1.2 倒排索引

1.2.1 正向索引

例如，有一个数据表tb_goods，其id字段创建了索引：

如果是根据id查询，那么可以直接走索引，查询速度非常快。这种索引就是正向索引。

但如果是基于title字段做模糊查询，只能是逐行扫描数据，流程如下：

1）用户搜索数据，条件是title符合"%手机%"；
2）逐行获取数据，比如获取到id为1的数据；
3）判断数据中的title是否符合用户搜索条件；
4）如果符合则放入结果集，不符合则丢弃。

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。

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：

1）将每一个文档的数据利用算法分词，得到一个个词条；
2）创建表，每行数据包括词条、词条所在文档id、位置等信息；
3）因为词条唯一性，可以给词条创建索引。

如上图，“小米”这个词条分别存在于id为1、3、4的文档中。

倒排索引的搜索流程如下（以搜索"华为手机"为例）：

1）用户输入条件“华为手机”进行搜索；
2）对用户输入内容分词，得到词条：“华为”、“手机”；
3）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；
4）拿着文档id到正向索引中查找具体文档。

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，而无需全表扫描。

1.2.3 正向VS倒排

• 正向索引一般是根据id索引来查询。但根据关键词查询时，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关键词，是根据文档找词条的过程。

• 倒排索引则相反，是先找到用户要搜索的词条，根据词条得到保存词条的文档的id，然后根据id获取文档，是根据词条找文档的过程。

	优点	缺点
正向索引	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	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	根据词条搜索、模糊搜索时，速度非常快	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的相关概念

1.3.1 文档和字段

ES是面向文档（Document）存储的，它可以是数据库中的一条商品数据，或一个订单信息。文档数据会被序列化为json格式后存储在ES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。 例如：

1.3.2 索引和映射

索引（Index），就是相同类型的文档的集合。 例如：所有用户文档组织在一起，称为用户的索引；所有商品的文档组织在一起，称为商品的索引。

因此，可以把索引当做是数据库中的表。

数据库中的表会有约束信息，用来定义表的结构、字段的名称、类型等信息。类似地，索引中有映射（mapping），是索引中文档的字段的约束信息。

1.3.3 MySQL与ES

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），就是索引中文档的约束，类似数据库的表结构（Schema）
SQL	DSL	DSL是ES提供的JSON风格的请求语句，用来操作ES，实现CRUD

MySQL擅长事务类型操作，可以确保数据的安全和一致性；而ES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ES实现；
• 两者再基于某种方式，实现数据的同步，保证一致性。

2 ES安装

2.1 部署单点ES

2.1.1 创建网络

由于需要部署ES和Kibana两个容器，因此需要让ES和Kibana容器互联，为此先创建一个网络：

docker network create es-net

2.1.2 拉取镜像

从镜像仓库拉取elasticsearch:7.12.1镜像：

docker pull elasticsearch:7.12.1

但由于网络问题，拉取失败了。这里直接使用已经下载好的镜像，上传到虚拟机后，执行以下命令加载镜像：

docker load -i es.tar

2.1.3 运行

docker run -d \--name es \-e "http.host=0.0.0.0" \-e "ES_JAVA_OPTS=-Xms512m -Xmx512m" \-e "discovery.type=single-node" \-v es-data:/usr/share/elasticsearch/data \-v es-logs:/usr/share/elasticsearch/logs \-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 "http.host=0.0.0.0"：监听的地址，可以外网访问
• -e "ES_JAVA_OPTS=-Xms512m -Xmx512m"：设置内存大小
• -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、-p 9300:9300：端口映射配置

在浏览器访问：http://192.168.153.128:9200，看到ES的响应结果即部署成功：

2.2 部署Kibana

2.2.1 拉取镜像

docker pull kibana:7.12.1

同样，由于网络原因，镜像拉取失败了。这里也直接使用已经下载好的镜像，上传到虚拟机后，执行以下命令加载镜像：

docker load -i kibana.tar

2.2.2 运行

docker run -d \--name kibana \-e ELASTICSEARCH_HOSTS=http://es:9200 \--network=es-net \-p 5601:5601  \kibana:7.12.1

命令解释：

• -e ELASTICSEARCH_HOSTS=http://es:9200"：设置ES的地址，因为Kibana已经与ES在一个网络中，因此可以用容器名直接访问ES
• --network=es-net：加入一个名为es-net的网络中，与ES在同一个网络中
• -p 5601:5601：端口映射配置

在浏览器输入地址访问：http://192.168.153.128:5601，看到Kibana页面即部署成功：

2.2.3 DevTools

Kibana中提供了一个DevTools界面，这个界面可以编写DSL来操作ES，并且对DSL语句有自动补全功能：

2.3 安装IK分词器

分词器的作用是：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。

2.3.1 安装ik插件

# 进入容器内部
docker exec -it es /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 es

此时ES插件的数据卷目录/var/lib/docker/volumes/es-plugins/_data下可以看到安装的ik插件：

2.3.2 测试

IK分词器包含两种模式：

• ik_smart：智能切分，粗粒度
• ik_max_word：最细切分，细粒度

在Kibana提供了DevTools中进行测试：

可见，这两个分词模式得到的结果是不一样的。

2.3.3 扩展词词典

日常生活中，有很多新的词语，在原有的词汇列表中并不存在。比如：“奥力给”，“栓Q” 等等。

所以IK分词器提供了扩展词汇的功能，以不断地更新词汇。

• 1）进入ES容器内部的分词器插件目录

# 进入容器内部
docker exec -it es /bin/bash# 进入分词器插件目录
cd /usr/share/elasticsearch/config/analysis-ik

• 2）创建一个IKAnalyzer.cfg.xml文件，内容如下：

<?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><entry key="ext_dict">ext.dic</entry>
</properties>

• 3）新建一个ext.dic文件，内容如下：

奥力给
栓Q

• 4）重启容器，查看启动日志

docker restart es
docker logs -f es

• 5）测试

2.3.4 停用词词典

在互联网中，有很多词汇是不允许在网络上传递的，例如关于宗教、政治等敏感词语。为此，IK分词器提供了强大的停用词功能，让我们在索引时就直接忽略停用词汇表中的内容。

• 1）进入ES容器内部的分词器插件目录

# 进入容器内部
docker exec -it es /bin/bash# 进入分词器插件目录
cd /usr/share/elasticsearch/config/analysis-ik

• 2）修改IKAnalyzer.cfg.xml文件，内容如下：

<?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><entry key="ext_dict">ext.dic</entry><entry key="ext_stopwords">stopword.dic</entry>
</properties>

• 3）新建一个stopword.dic文件，内容如下：

你太美

• 4）重启容器，查看启动日志

docker restart es
docker logs -f es

• 5）测试

3 索引操作

索引类似于数据库中的表，mapping映射就类似于表结构。因此，要向ES中存入数据，就必须先创建“表”和“表结构”。

3.1 mapping映射属性

mapping映射属性就是对索引库中文档的约束，常见的mapping映射属性有：

• type：数据类型，常见的类型有：

  • 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

例如下面这个文档：

{"age": 1000,"weight": 52.1,"isMarried": false,"info": "战斗力最强的人","email":"swk@xyj.cn","score":[99.1, 99.5, 98.9],"name":{"firstName": "孙","lastName": "悟空"}
}

• 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，并且需要分词，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，但是只看元素的类型，因此类型为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
• firstName、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CURD

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

2.2.2 查询索引库

基本语法：

• 请求方式：GET
• 请求路径：/索引库名
• 请求参数：无

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，这又是无法接受的。

因此索引库一旦创建，就无法修改mapping。但是却允许添加新的字段到mapping中，因为这个操作不会对倒排索引产生影响。

基本语法：

• 请求方式：PUT
• 请求路径：/索引库名/_mapping
• 请求参数：mapping映射

2.2.4 删除索引库

基本语法：

• 请求方式：DELETE
• 请求路径：/索引库名
• 请求参数：无

…

本节完，更多内容请查阅分类专栏：微服务学习笔记

感兴趣的读者还可以查阅我的另外几个专栏：

• SpringBoot源码解读与原理分析
• MyBatis3源码深度解析
• Redis从入门到精通
• MyBatisPlus详解
• SpringCloud学习笔记

这篇关于ElasticSearch学习笔记(一)倒排索引、ES和Kibana安装、索引操作的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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