Elasticsearch是什么：深入理解与应用指南

Elasticsearch（简称ES）是一个基于Lucene的开源、分布式、全文搜索和分析引擎，它以其高速、可扩展和实时的特点在大数据搜索和分析领域中占据重要地位。本文将深入探讨Elasticsearch的核心概念、应用场景、生态组件以及基本操作，旨在为读者提供一个全面的Elasticsearch学习指南。

Elasticsearch简介

1.1 Elasticsearch概述

Elasticsearch是由Elastic公司开发的，它提供了一个分布式多用户能力的全文搜索引擎，基于RESTful web接口。作为一个流行的企业级搜索引擎，Elasticsearch以Java语言开发，并在Apache许可条款下发布。它特别适用于云计算环境，能够实现实时搜索，具有稳定性、可靠性和快速响应的特点。Elasticsearch官方客户端支持多种编程语言，包括Java、.NET(C#)、PHP、Python等，使其在多种开发环境中都能得到广泛应用。

Elasticsearch架构

1.2 Elasticsearch与Solr的对比

在搜索引擎领域，Elasticsearch与Apache Solr是两款主流的开源搜索引擎。从发展趋势来看，Elasticsearch的使用趋势正在逐渐取代Solr。这主要得益于Elasticsearch在易用性、社区支持和功能更新上的明显优势。

Elasticsearch vs Solr

Elasticsearch的祖先Lucene

2.1 Lucene简介

Lucene是Apache软件基金会Jakarta项目组的一个子项目，是一个开源的全文检索引擎工具包。虽然它不是一个完整的全文检索引擎，但它提供了完整的查询引擎和索引引擎，部分文本分析引擎（英文与德文两种西方语言）。Lucene的目的是为软件开发人员提供一个简单易用的工具包，以便于在目标系统中实现全文检索的功能，或者是以此为基础建立起完整的全文检索引擎。

2.2 倒排索引

在介绍Lucene时，不得不提到倒排索引这一全文检索中的关键技术。倒排索引通过将文档中的文字分割成词汇，然后为每个词汇建立索引库，记录词汇出现的文档位置和偏移量，从而实现快速检索。

Elasticsearch的生态及核心内容

4.1 核心生态组件

Elasticsearch的核心生态由Elasticsearch、Kibana和Logstash组成，简称ELK。

4.1.1 Logstash

Logstash用于多渠道数据收集、转换并将数据存储到Elasticsearch中。

4.1.2 Kibana

Kibana提供了图形化数据展示和Elasticsearch索引库的操作功能，是Elasticsearch基于浏览器的分析和搜索仪表盘。

ELK生态

4.2 相关API

对于开发人员来说，了解如何使用Elasticsearch的API进行数据操作是非常重要的。以下是一些基本的API操作示例：

// 创建索引
PUT /my_index
{
  "mappings": {
    "properties": {
      "field": {
        "type": "text"
      }
    }
  }
}

4.3 其他生态项目

除了官方提供的组件外，社区还衍生出了许多其他的开源项目，如IK分词、head UI展示等。

4.4 Elasticsearch基本概念

在深入学习Elasticsearch之前，了解以下基本概念是非常必要的：

term

被索引的精确值。

analysis

把字符串转换为terms的过程。

cluster

由一个或多个节点组成的集群。

document

存储在Elasticsearch中的JSON文档。

id

识别文档的唯一ID。

field

文档包含的一系列字段或key-value对。

index

具有相似特征文档的集合。

mapping

定义索引的字段和索引级别选项。

node

运行中的Elasticsearch实例。

primary shard

每个文档都保存在单个主分片中。

replica shard

主分片的副本。

routing

基于routing值进行hash计算映射到对应的分片。

shard

单个lucene索引实例。

source field

索引的JSON文档存储在_source字段。

text

普通非结构化的文本。

type

文档的类型。

docvalues

保存某一列的数据，并索引它，用于加快聚合和排序的速度。

fileddata

保存text类型的字段分词后的terms。

shardcopies

分片副本集合，包含主分片和复制分片。

segment

每个分片都分为多个segment存储。

master

执行轻量的集群操作的节点。

安装与配置Elasticsearch

5.1 下载并安装Elasticsearch

用户可以根据自己的操作系统下载相应平台的Elasticsearch安装包。以下是Windows平台的安装步骤：

访问Elasticsearch官网下载页面，选择适合的版本进行下载。
下载完成后，解压安装包。
进入bin目录，点击elasticsearch.bat启动Elasticsearch服务。
在浏览器中输入http://localhost:9200/，如果出现以下信息，则表示安装成功。

{
  "name" : "your_node_name", 
  "cluster_name" : "elasticsearch", 
  "cluster_uuid" : "UUID", 
  "version" : {
    "number" : "7.17.10"
  },
  "tagline" : "You Know, for Search"
}

5.2 安装elasticsearch-head插件

elasticsearch-head是一个浏览器插件，可以帮助用户更直观地查看和管理Elasticsearch的数据。

5.3 配置跨域访问

如果需要从不同的源访问Elasticsearch，需要在config/elasticsearch.yml文件中配置跨域访问：

http.cors.enabled: true
http.cors.allow-origin: "*"

Elasticsearch操作：增删改查搜

6.1 使用cURL命令操作Elasticsearch

cURL是一个利用URL语法在命令行方式下工作的文件传输工具。以下是使用cURL操作Elasticsearch的基本格式：

curl -X '://:/?' -d ''

6.2 创建索引和文档

创建索引和文档是Elasticsearch操作的基础。以下是创建索引和文档的基本命令：

// 创建索引
PUT /my_index
// 创建文档
PUT /my_index/_doc/1
{
  "field": "value"
}

6.3 查询索引文档

查询是Elasticsearch中最常用的操作之一。以下是查询的基本语法：

// 根据单个id查询
GET /my_index/_doc/1
// 批量查询
GET /my_index/_search

6.4 删除和修改文档

除了查询外，Elasticsearch还支持文档的删除和修改操作。以下是删除和修改的基本命令：

// 删除文档
DELETE /my_index/_doc/1
// 修改文档
PUT /my_index/_doc/1
{
  "field": "new_value"
}

6.5 搜索

搜索是Elasticsearch的核心功能。以下是执行搜索的基本语法：

GET /my_index/_search
{
  "query": {
    "match": { "field": "value" }
  }
}

FAQ

问：Elasticsearch的倒排索引是如何工作的？

答：Elasticsearch的倒排索引通过将文档内容分割成词条，并为每个词条建立索引，记录词条出现的文档位置和偏移量，从而实现快速检索。

问：如何在Elasticsearch中创建索引？

答：在Elasticsearch中创建索引可以使用PUT /{索引名称}命令，例如PUT /my_index。

问：如何查询Elasticsearch中的文档？

答：查询Elasticsearch中的文档可以使用GET /{索引名称}/_doc/文档id命令，例如GET /my_index/_doc/1。

问：Elasticsearch支持哪些类型的搜索？

答：Elasticsearch支持全文搜索、布尔搜索、前缀搜索、短语搜索等多种搜索类型。

问：如何优化Elasticsearch的查询性能？

答：优化Elasticsearch的查询性能可以从合理设计索引、选择合适的查询类型、使用缓存等方面进行。