Elasticsearch分布式搜索

2022-09-19 21:09:52

ElasticSearch之介绍

一 Elasticsearch产生背景

1.1 大规模数据如何检索

如：当系统数据量上了10亿、100亿条的时候，我们在做系统架构的时候通常会从以下角度去考虑问题：
1）用什么数据库好？(mysql、oracle、mongodb、hbase…)
2）如何解决单点故障；(lvs、F5、A10、Zookeep、MQ)
3）如何保证数据安全性；(热备、冷备、异地多活)
4）如何解决检索难题；(数据库代理中间件：mysql-proxy、Cobar、MaxScale等;)
5）如何解决统计分析问题；(离线、近实时)

1.2 传统数据库的应对解决方案

对于关系型数据，我们通常采用以下或类似架构去解决查询瓶颈和写入瓶颈：
解决要点：
1）通过主从备份解决数据安全性问题；
2）通过数据库代理中间件心跳监测，解决单点故障问题；
3）通过代理中间件将查询语句分发到各个slave节点进行查询，并汇总结果

1.3 非关系型数据库解决方案

对于Nosql数据库，以mongodb为例，其它原理类似：
解决要点：
1）通过副本备份保证数据安全性；
2）通过节点竞选机制解决单点问题；
3）先从配置库检索分片信息，然后将请求分发到各个节点，最后由路由节点合并汇总结果

1.4 内存数据库解决方案

完全把数据放在内存中是不可靠的，实际上也不太现实，当我们的数据达到PB级别时，按照每个节点96G内存计算，在内存完全装满的数据情况下，我们需要的机器是：1PB=1024T=1048576G
节点数=1048576/96=10922个
实际上，考虑到数据备份，节点数往往在2.5万台左右。成本巨大决定了其不现实！

所以把数据放在内存也好，不放在内存也好，都不能完完全全解决问题。
全部放在内存速度问题是解决了，但成本问题上来了。
为解决以上问题，从源头着手分析，通常会从以下方式来寻找方法：
1、存储数据时按有序存储；
2、将数据和索引分离；
3、压缩数据；
这就引出了Elasticsearch

二 Elasticsearch介绍

###2.1Elasticsearch是什么

Elasticsearch 是一个基于Lucene的分布式搜索和分析引擎。

ES是elaticsearch简写， Elasticsearch是一个开源的高扩展的分布式全文检索引擎，它可以近乎实时的存储、检索数据；本身扩展性很好，可以扩展到上百台服务器，处理PB级别的数据。
Elasticsearch使用Java开发，在Apache许可条款下开放源码发布，是当前流行的企业级搜索引擎。设计用于云计算中，能够达到实时搜索，稳定，可靠，快速，安装使用方便

使用Lucene作为其核心来实现所有索引和搜索的功能，但是它的目的是通过简单的RESTful API来隐藏Lucene的复杂性，使得全文检索变得简单

设计用途：用于分布式全文检索，通过HTTP使用JSON进行数据索引，速度快

2.2 Lucene与Elasticsearch关系

1）Lucene只是一个库。想要使用它，你必须使用Java来作为开发语言并将其直接集成到你的应用中，更糟糕的是，Lucene非常复杂，你需要深入了解检索的相关知识来理解它是如何工作的。

2）Elasticsearch也使用Java开发并使用Lucene作为其核心来实现所有索引和搜索的功能，但是它的目的是通过简单的RESTful API来隐藏Lucene的复杂性，从而让全文搜索变得简单。

2.3 Elasticsearch vs solr

1）Solr是Apache Lucene项目的开源企业搜索平台。其主要功能包括全文检索、命中标示、分面搜索、动态聚类、数据库集成，以及富文本（如Word、PDF）的处理。

2）Solr是高度可扩展的，并提供了分布式搜索和索引复制。Solr是最流行的企业级搜索引擎，Solr4 还增加了NoSQL支持。

3）Solr是用Java编写、运行在Servlet容器（如 Apache Tomcat 或Jetty）的一个独立的全文搜索服务器。 Solr采用了 Lucene Java 搜索库为核心的全文索引和搜索，并具有类似REST的HTTP/XML和JSON的API。

4）Solr强大的外部配置功能使得无需进行Java编码，便可对 其进行调整以适应多种类型的应用程序。Solr有一个插件架构，以支持更多的高级定制

Elasticsearch 与 Solr 的比较总结

  1. 二者安装都很简单

  2. Solr 利用 Zookeeper 进行分布式管理，而 Elasticsearch 自身带有分布式协调管理功能

  3. Solr 支持更多格式的数据，而 Elasticsearch 仅支持json文件格式

  4. Solr 官方提供的功能更多，而 Elasticsearch 本身更注重于核心功能，高级功能多有第三方插件提供

  5. Solr 在传统的搜索应用中表现好于 Elasticsearch，但在处理实时搜索应用时效率明显低于 Elasticsearch

  6. Solr 是传统搜索应用的有力解决方案，但 Elasticsearch 更适用于新兴的实时搜索应用

2.4 Elasticsearch核心概念

####2.4.1 Cluster：集群
ES可以作为一个独立的单个搜索服务器。不过，为了处理大型数据集，实现容错和高可用性，ES可以运行在许多互相合作的服务器上。这些服务器的集合称为集群。

####2.4.2 Node：节点
形成集群的每个服务器称为节点。

####2.4.3 Shard：分片
当有大量的文档时，由于内存的限制、磁盘处理能力不足、无法足够快的响应客户端的请求等，一个节点可能不够。这种情况下，数据可以分为较小的分片。每个分片放到不同的服务器上。
当你查询的索引分布在多个分片上时，ES会把查询发送给每个相关的分片，并将结果组合在一起，而应用程序并不知道分片的存在。即：这个过程对用户来说是透明的。

####2.4.4 Replia：副本

为提高查询吞吐量或实现高可用性，可以使用分片副本。
副本是一个分片的精确复制，每个分片可以有零个或多个副本。ES中可以有许多相同的分片，其中之一被选择更改索引操作，这种特殊的分片称为主分片。
当主分片丢失时，如：该分片所在的数据不可用时，集群将副本提升为新的主分片。

####2.4.5 全文检索
全文检索就是对一篇文章进行索引，可以根据关键字搜索，类似于mysql里的like语句。
全文索引就是把内容根据词的意义进行分词，然后分别创建索引，例如”今日是周日我们出去玩” 可能会被分词成：“今天“，”周日“，“我们“，”出去玩“ 等token，这样当你搜索“周日” 或者 “出去玩” 都会把这句搜出来。

2.5 与关系型数据库Mysql对比

Elasticsearch分布式搜索

1）关系型数据库中的数据库（DataBase），等价于ES中的索引（Index）
2）一个数据库下面有N张表（Table），等价于1个索引Index下面有N多类型（Type），
3）一个数据库表（Table）下的数据由多行（ROW）多列（column，属性）组成，等价于1个Type由多个文档（Document）和多Field组成。
4）在一个关系型数据库里面，schema定义了表、每个表的字段，还有表和字段之间的关系。 与之对应的，在ES中：Mapping定义索引下的Type的字段处理规则，即索引如何建立、索引类型、是否保存原始索引JSON文档、是否压缩原始JSON文档、是否需要分词处理、如何进行分词处理等。
5）在数据库中的增insert、删delete、改update、查search操作等价于ES中的增PUT/POST、删Delete、改_update、查GET.1.7

2.6 ELK是什么

ELK=elasticsearch+Logstash+kibana
elasticsearch：后台分布式存储以及全文检索
logstash: 日志加工、“搬运工”
kibana：数据可视化展示。
ELK架构为数据分布式存储、可视化查询和日志解析创建了一个功能强大的管理链。 三者相互配合，取长补短，共同完成分布式大数据处理工作。

2.7 Elasticsearch特点和优势

1）分布式实时文件存储，可将每一个字段存入索引，使其可以被检索到。
2）实时分析的分布式搜索引擎。
分布式：索引分拆成多个分片，每个分片可有零个或多个副本。集群中的每个数据节点都可承载一个或多个分片，并且协调和处理各种操作；
负载再平衡和路由在大多数情况下自动完成。
3）可以扩展到上百台服务器，处理PB级别的结构化或非结构化数据。也可以运行在单台PC上（已测试）
4）支持插件机制，分词插件、同步插件、Hadoop插件、可视化插件等。

三 为什么使用Elasticsearch

3.1 国内外优秀案例

1） 2013年初，GitHub抛弃了Solr，采取ElasticSearch 来做PB级的搜索。 “GitHub使用ElasticSearch搜索20TB的数据，包括13亿文件和1300亿行代码”。

2）*：启动以elasticsearch为基础的核心搜索架构。
3）SoundCloud：“SoundCloud使用ElasticSearch为1.8亿用户提供即时而精准的音乐搜索服务”。
4）百度：百度目前广泛使用ElasticSearch作为文本数据分析，采集百度所有服务器上的各类指标数据及用户自定义数据，通过对各种数据进行多维分析展示，辅助定位分析实例异常或业务层面异常。目前覆盖百度内部20多个业务线（包括casio、云分析、网盟、预测、文库、直达号、钱包、风控等），单集群最大100台机器，200个ES节点，每天导入30TB+数据。

5）新浪ES 如何分析处理32亿条实时日志
6）阿里ES 构建挖财自己的日志采集和分析体系
7）有赞ES 业务日志处理

3.2 我们的业务场景

实际项目开发实战中，几乎每个系统都会有一个搜索的功能，当搜索做到一定程度时，维护和扩展起来难度就会慢慢变大，所以很多公司都会把搜索单独独立出一个模块，用ElasticSearch等来实现。

近年ElasticSearch发展迅猛，已经超越了其最初的纯搜索引擎的角色，现在已经增加了数据聚合分析（aggregation）和可视化的特性，如果你有数百万的文档需要通过关键词进行定位时，ElasticSearch肯定是最佳选择。当然，如果你的文档是JSON的，你也可以把ElasticSearch当作一种“NoSQL数据库”， 应用ElasticSearch数据聚合分析（aggregation）的特性，针对数据进行多维度的分析。

尝试使用ES来替代传统的NoSQL，它的横向扩展机制太方便了

应用场景：

1）新系统开发尝试使用ES作为存储和检索服务器；
2）现有系统升级需要支持全文检索服务，需要使用ES

Mac安装ElasticSearch

##一 安装JDK环境

因为ElasticSearch是用Java语言编写的，所以必须安装JDK的环境，并且是JDK 1.8以上，具体操作步骤自行百度

安装完成查看java版本

java -version

二 官网下载最新版本

下载地址[https://www.elastic.co/cn/downloads/elasticsearch],选择相应版本下载即可

Elasticsearch分布式搜索

三 下载其他版本

直接点击https://www.elastic.co/cn/downloads/past-releases#elasticsearch

Elasticsearch分布式搜索

##三 下载完成，启动

解压文件，切换到解压文件路径下，执行

cd elasticsearch-<version> #切换到路径下

./bin/elasticsearch  #启动es

#如果你想把 Elasticsearch 作为一个守护进程在后台运行，那么可以在后面添加参数 -d 。

#如果你是在 Windows 上面运行 Elasticseach，你应该运行 bin\elasticsearch.bat 而不是 bin\elasticsearch

四 测试启动是否成功

在浏览器输入以下地址：http://127.0.0.1:9200/

即可看到如下内容：

{

  "name" : "lqzMacBook.local",

  "cluster_name" : "elasticsearch",

  "cluster_uuid" : "G1DFg-u6QdGFvz8Z-XMZqQ",

  "version" : {

    "number" : "7.5.0",

    "build_flavor" : "default",

    "build_type" : "tar",

    "build_hash" : "e9ccaed468e2fac2275a3761849cbee64b39519f",

    "build_date" : "2019-11-26T01:06:52.518245Z",

    "build_snapshot" : false,

    "lucene_version" : "8.3.0",

    "minimum_wire_compatibility_version" : "6.8.0",

    "minimum_index_compatibility_version" : "6.0.0-beta1"

  },

  "tagline" : "You Know, for Search"

}

五 关闭es

#查看进程

ps -ef | grep elastic

#干掉进程

kill -9 2382（进程号）

#以守护进程方式启动es

elasticsearch -d

Elasticsearch插件介绍

　　es插件是一种增强Elasticsearch核心功能的途径。它们可以为es添加自定义映射类型、自定义分词器、原生脚本、自伸缩等等扩展功能。

es插件包含JAR文件，也可能包含脚本和配置文件，并且必须在集群中的每个节点上安装。安装之后，需要重启集群中的每个节点才能使插件生效。
es插件包含核心插件和第三方插件两种

##二 核心插件
核心插件是elasticsearch项目提供的官方插件,都是开源项目。这些插件会跟着elasticsearch版本升级进行升级,总能匹配到对应版本的elasticsearch,这些插件是有官方团队和社区成员共同开发的。

官方插件地址： https://github.com/elastic/elasticsearch/tree/master/plugins

##三 第三方插件
​    第三方插件是有开发者或者第三方组织自主开发便于扩展elasticsearch功能,它们拥有自己的许可协议,在使用它们之前需要清除插件的使用协议,不一定随着elasticsearch版本升级, 所以使用者自行辨别插件和es的兼容性。

四 插件安装

elasticsearch的插件安装方式还是很方便易用的。

它包含了命令行和离线安装几种方式。

它包含了命令行,url,离线安装三种方式。

核心插件随便选择一种方式安装均可，第三方插件建议使用离线安装方式
第一种：命令行

bin/elasticsearch-plugin install [plugin_name]

# bin/elasticsearch-plugin install analysis-smartcn  安装中文分词器
​

第二种：url安装

bin/elasticsearch-plugin install [url]
#bin/elasticsearch-plugin install https://artifacts.elastic.co/downloads/elasticsearch-plugins/analysis-smartcn/analysis-smartcn-6.4.0.zip
​

第三种：离线安装

#https://artifacts.elastic.co/downloads/elasticsearch-plugins/analysis-smartcn/analysis-smartcn-6.4.0.zip

#点击下载analysis-smartcn离线包

#将离线包解压到ElasticSearch 安装目录下的 plugins 目录下

#重启es。新装插件必须要重启es

注意：插件的版本要与 ElasticSearch 版本要一致

安装nodejs

一 nodejs介绍

Node.js 就是运行在服务端的 JavaScript。

Node.js 是一个基于Chrome JavaScript 运行时建立的一个平台。

Node.js是一个事件驱动I/O服务端JavaScript环境，基于Google的V8引擎，V8引擎执行Javascript的速度非常快，性能非常好。

为什么要安装Node.js呢，下面用到的Grunt 工具是基于Node.js 使用的

下载地址：https://nodejs.org/en/download/releases/

选择版本下载， 一直下一步确定即可，安装后进入命令行中 输入 :

node -v 
# 显示版本号即安装成功

二 查看原来的镜像地址

npm（node package manager）：nodejs的包管理器，用于node插件管理（包括安装、卸载、管理依赖等）

npm get registry
# 输出：https://registry.npmjs.org/

三 npm切换阿里源

#切换阿里源

npm config set registry https://registry.npm.taobao.org/

#查看是否成功

npm config get registry

#或者

npm get registry

#可以看到输出

#https://registry.npm.taobao.org/

四 安装cmpm

cnpm:因为npm安装插件是从国外服务器下载，受网络的影响比较大，可能会出现异常，如果npm的服务器在中国就好了，所以我们乐于分享的淘宝团队干了这事。来自官网：“这是一个完整
npmjs.org 镜像，你可以用此代替官方版本(只读)，同步频率目前为 10分钟 一次以保证尽量与官方服务同步。”

npm install -g cnpm --registry=https://registry.npm.taobao.org

#查看是否安装成功

cnpm -v

#成功后可以使用cnpm代替npm命令


五 改变原有的环境变量


1、首先配置npm的全局模块的存放路径、cache的路径


npm config set prefix "路径"
npm config set cache "路径"
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