1 初识elasticsearch

1.1 简介

elasticsearch之所以有如此高性能的搜索表现，得益于底层的倒排索引技术。

倒排索引中有两个非常重要的概念：

• 文档：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：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和应用，流程如下：

• 将每一个文档的数据利用分词算法根据语义拆分，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，可以给词条创建正向索引

此时形成的这张以词条为索引的表，就是倒排索引表

1.3 基础概念

• 文档和字段：elasticsearch是面向文档存储的，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，因此，原本数据库中的一行数据就是ES中的一个JSON文档；而数据库中每行数据都包含很多列，这些列就转换为JSON文档中的字段
• 索引和映射：随着业务发展，需要在es中存储的文档也会越来越多，所有文档都散乱存放显然不便于管理，因此，我们要将类型相同的文档集中在一起管理，称为索引，可以把索引当做是数据库中的表

1.4 与mysql的比较

• 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

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

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

1.5 IK分词器

Elasticsearch的关键就是倒排索引，而倒排索引依赖于对文档内容的分词，而分词则需要高效、精准的分词算法，IK分词器就是这样一个中文分词算法。

IK分词器包含两种模式：

• ik_smart：智能语义切分
• ik_max_word：最细粒度切分

词库的更新扩展：

1）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>

2）在IK分词器的config目录新建一个 ext.dic，可以参考config目录下复制一个配置文件进行修改

---

2 索引库操作

Index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Index和Mapping

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

示例：

{
    "age": 114,
    "weight": 51.4,
    "isMarried": false,
    "info": "白日梦想家",
    "email": "780741725@qq.com",
    "score": [99.1, 99.5, 98.9],
    "name": {
        "firstName": "三",
        "lastName": "张"
    }
}

对应的每个字段映射（Mapping）：

字段名		字段类型	类型说明	是否参与搜索	是否参与分词	分词器
age		integer	整数	√		——
weight		float	浮点数	√		——
isMarried		boolean	布尔	√		——
info		text	字符串，但需要分词	√	√	IK
email		keyword	字符串，但是不分词			——
score		float	只看数组中元素类型	√		——
name	firstName	keyword	字符串，但是不分词	√		——
	lastName	keyword	字符串，但是不分词	√		——

2.2 索引库和文档的创建

由于Elasticsearch采用的是Restful风格的API，因此其请求方式和路径相对都比较规范，而且请求参数也都采用JSON风格。基于Kibana的DevTools来编写请求做测试，由于有语法提示，会非常方便。

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

示例：

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
    }
  }
}

2.2.2 新增文档

示例：

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"
    },
}

---

3 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。

3.1 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）在item-service模块中引入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7.17.10，所以我们需要覆盖默认的ES版本：

  <properties>
      <maven.compiler.source>11</maven.compiler.source>
      <maven.compiler.target>11</maven.compiler.target>
      <elasticsearch.version>7.12.1</elasticsearch.version>
  </properties>

3）初始化RestHighLevelClient：

RestHighLevelClient client = new RestHighLevelClient(RestClient.builder(
        HttpHost.create("http://ES地址")
));

3.2 索引库操作（以items为例）

索引库操作的基本步骤：

• 初始化RestHighLevelClient
• 创建XXXIndexRequest。XXX是Create、Get、Delete
• 准备请求参数（ Create时需要，其它是无参，可以省略）
• 发送请求。调用RestHighLevelClient#indices().xxx()方法，xxx是create、exists、delete

删除索引库

@Test
void testDeleteIndex() throws IOException {
    // 1.创建Request对象
    DeleteIndexRequest request = new DeleteIndexRequest("items");
    // 2.发送请求
    client.indices().delete(request, RequestOptions.DEFAULT);
}

判断索引库是否存在

@Test
void testExistsIndex() throws IOException {
    // 1.创建Request对象
    GetIndexRequest request = new GetIndexRequest("items");
    // 2.发送请求
    boolean exists = client.indices().exists(request, RequestOptions.DEFAULT);
    // 3.输出
    System.err.println(exists ? "索引库已经存在！" : "索引库不存在！");
}

3.3 文档操作（根据id）

文档操作的基本步骤：

1. 初始化RestHighLevelClient
2. 创建XxxRequest
   • XXX是Index、Get、Update、Delete、Bulk
3. 准备参数（Index、Update、Bulk时需要）
4. 发送请求
   • 调用RestHighLevelClient#.xxx()方法，xxx是index、get、update、delete、bulk
5. 解析结果（Get时需要）

新增文档

@Test
void testAddDocument() throws IOException {
    // 1.根据id查询商品数据
    Item item = itemService.getById(100002644680L);
    // 2.转换为文档类型
    ItemDoc itemDoc = BeanUtil.copyProperties(item, ItemDoc.class);
    // 3.将ItemDTO转json
    String doc = JSONUtil.toJsonStr(itemDoc);

    // 1.准备Request对象
    IndexRequest request = new IndexRequest("items").id(itemDoc.getId());
    // 2.准备Json文档
    request.source(doc, XContentType.JSON);
    // 3.发送请求
    client.index(request, RequestOptions.DEFAULT);
}

查询文档

@Test
void testGetDocumentById() throws IOException {
    // 1.准备Request对象
    GetRequest request = new GetRequest("items").id("100002644680");
    // 2.发送请求
    GetResponse response = client.get(request, RequestOptions.DEFAULT);
    // 3.获取响应结果中的source
    String json = response.getSourceAsString();
    
    ItemDoc itemDoc = JSONUtil.toBean(json, ItemDoc.class);
    System.out.println("itemDoc= " + ItemDoc);
}

删除文档

@Test
void testDeleteDocument() throws IOException {
    // 1.准备Request，两个参数，第一个是索引库名，第二个是文档id
    DeleteRequest request = new DeleteRequest("item", "100002644680");
    // 2.发送请求
    client.delete(request, RequestOptions.DEFAULT);
}

修改文档

@Test
void testUpdateDocument() throws IOException {
    // 1.准备Request
    UpdateRequest request = new UpdateRequest("items", "100002644680");
    // 2.准备请求参数
    request.doc(
            "price", 58800,
            "commentCount", 1
    );
    // 3.发送请求
    client.update(request, RequestOptions.DEFAULT);
}

批处理

@Test
void testLoadItemDocs() throws IOException {
    // 分页查询商品数据
    int pageNo = 1;
    int size = 1000;
    while (true) {
        Page<Item> page = itemService.lambdaQuery().eq(Item::getStatus, 1).page(new Page<Item>(pageNo, size));
        // 非空校验
        List<Item> items = page.getRecords();
        if (CollUtils.isEmpty(items)) {
            return;
        }
        log.info("加载第{}页数据，共{}条", pageNo, items.size());
        // 1.创建Request
        BulkRequest request = new BulkRequest("items");
        // 2.准备参数，添加多个新增的Request
        for (Item item : items) {
            // 2.1.转换为文档类型ItemDTO
            ItemDoc itemDoc = BeanUtil.copyProperties(item, ItemDoc.class);
            // 2.2.创建新增文档的Request对象
            request.add(new IndexRequest()
                            .id(itemDoc.getId())
                            .source(JSONUtil.toJsonStr(itemDoc), XContentType.JSON));
        }
        // 3.发送请求
        client.bulk(request, RequestOptions.DEFAULT);

        // 翻页
        pageNo++;
    }
}

3.4 文档操作（DSL）

基本步骤

1. 创建request对象，这次是搜索，所以是SearchRequest
2. 准备请求参数，也就是查询DSL对应的JSON参数
3. 发起请求
4. 解析响应，响应结果相对复杂，需要逐层解析

3.4.1 叶子查询

• 全文检索查询：利用分词器对用户输入搜索条件先分词，得到词条，然后再利用倒排索引搜索词条。例如：match、multi_match
• 精确查询：不对用户输入搜索条件分词，根据字段内容精确值匹配。但只能查找keyword、数值、日期、boolean类型的字段。例如：ids、term、range
• 地理坐标查询：用于搜索地理位置，搜索方式很多，例如：
  • geo_bounding_box：按矩形搜索
  • geo_distance：按点和半径搜索
• …略

示例：

所有的查询条件都是由QueryBuilders来构建的，整套代码中变化的部分仅仅是query条件构造的方式。

//match查询
@Test
void testMatch() throws IOException {
    // 1.创建Request
    SearchRequest request = new SearchRequest("items");
    // 2.组织请求参数
    request.source().query(QueryBuilders.matchQuery("name", "脱脂牛奶"));
    // 3.发送请求
    SearchResponse response = client.search(request, RequestOptions.DEFAULT);
    // 4.解析响应
    handleResponse(response);
}

//term查询
@Test
void testTerm() throws IOException {
    // 1.创建Request
    SearchRequest request = new SearchRequest("items");
    // 2.组织请求参数
    request.source().query(QueryBuilders.termQuery("brand", "华为"));
    // 3.发送请求
    SearchResponse response = client.search(request, RequestOptions.DEFAULT);
    // 4.解析响应
    handleResponse(response);
}

3.4.2 复合查询

复合查询大致可以分为两类：

• 第一类：基于逻辑运算组合叶子查询，实现组合条件，例如：bool
• 第二类：基于某种算法修改查询时的文档相关性算分，从而改变文档排名。例如：function_score、dis_max

bool查询就是利用逻辑运算来组合一个或多个查询子句的组合。

bool查询支持的逻辑运算：

• 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

示例：

@Test
void testBool() throws IOException {
    // 1.创建Request
    SearchRequest request = new SearchRequest("items");
    // 2.组织请求参数
    // 2.1.准备bool查询
    BoolQueryBuilder bool = QueryBuilders.boolQuery();
    // 2.2.关键字搜索
    bool.must(QueryBuilders.matchQuery("name", "脱脂牛奶"));
    // 2.3.品牌过滤
    bool.filter(QueryBuilders.termQuery("brand", "德亚"));
    // 2.4.价格过滤
    bool.filter(QueryBuilders.rangeQuery("price").lte(30000));
    request.source().query(bool);
    // 3.发送请求
    SearchResponse response = client.search(request, RequestOptions.DEFAULT);
    // 4.解析响应
    handleResponse(response);
}

3.4.3 排序和分页

requeset.source()就是整个请求JSON参数，所以排序、分页都是基于这个来设置

示例：

@Test
void testPageAndSort() throws IOException {
    int pageNo = 1, pageSize = 5;
    // 1.创建Request
    SearchRequest request = new SearchRequest("items");
    // 2.组织请求参数
    // 2.1.搜索条件参数
    request.source().query(QueryBuilders.matchQuery("name", "脱脂牛奶"));
    // 2.2.排序参数
    request.source().sort("price", SortOrder.ASC);
    // 2.3.分页参数
    request.source().from((pageNo - 1) * pageSize).size(pageSize);
    // 3.发送请求
    SearchResponse response = client.search(request, RequestOptions.DEFAULT);
    // 4.解析响应
    handleResponse(response);
}

3.5 数据聚合

聚合可以让我们极其方便的实现对数据的统计、分析、运算。

例如：

• 什么品牌的手机最受欢迎？
• 这些手机的平均价格、最高价格、最低价格？
• 这些手机每月的销售情况如何？

实现这些统计功能的比数据库的sql要方便的多，而且查询速度非常快，可以实现近实时搜索效果。

聚合常见的有三类：

• 桶（Bucket）聚合：用来对文档做分组
  • TermAggregation：按照文档字段值分组，例如按照品牌值分组、按照国家分组
  • Date Histogram：按照日期阶梯分组，例如一周为一组，或者一月为一组
• 度量（Metric）聚合：用以计算一些值，比如：最大值、最小值、平均值等
  • Avg：求平均值
  • Max：求最大值
  • Min：求最小值
  • Stats：同时求max、min、avg、sum等
• 管道（pipeline）聚合：其它聚合的结果为基础做进一步运算

注意：参加聚合的字段必须是keyword、日期、数值、布尔类型

在DSL中，aggs聚合条件与query条件是同一级别，都属于查询JSON参数。因此依然是利用request.source()方法来设置。不过聚合条件的要利用AggregationBuilders这个工具类来构造。聚合结果与搜索文档同一级别，因此需要单独获取和解析。

示例：

@Test
void testAgg() throws IOException {
    // 1.创建Request
    SearchRequest request = new SearchRequest("items");
    // 2.准备请求参数
    BoolQueryBuilder bool = QueryBuilders.boolQuery()
            .filter(QueryBuilders.termQuery("category", "手机"))
            .filter(QueryBuilders.rangeQuery("price").gte(300000));
    request.source().query(bool).size(0);
    // 3.聚合参数
    request.source().aggregation(
            AggregationBuilders.terms("brand_agg").field("brand").size(5)
    );
    // 4.发送请求
    SearchResponse response = client.search(request, RequestOptions.DEFAULT);
    // 5.解析聚合结果
    Aggregations aggregations = response.getAggregations();
    // 5.1.获取品牌聚合
    Terms brandTerms = aggregations.get("brand_agg");
    // 5.2.获取聚合中的桶
    List<? extends Terms.Bucket> buckets = brandTerms.getBuckets();
    // 5.3.遍历桶内数据
    for (Terms.Bucket bucket : buckets) {
        // 5.4.获取桶内key
        String brand = bucket.getKeyAsString();
        System.out.print("brand = " + brand);
        long count = bucket.getDocCount();
        System.out.println("; count = " + count);
    }
}