Elasticsearch-Kibana-学习笔记

1.背景

1.1 简介

Elasticsearch 是一个分布式、高扩展、高实时的搜索与数据分析引擎。它能很方便的使大量数据具有搜索、分析和探索的能力。充分利用Elasticsearch的水平伸缩性，能使数据在生产环境变得更有价值。Elasticsearch 的实现原理主要分为以下几个步骤，首先用户将数据提交到Elasticsearch 数据库中，再通过分词控制器去将对应的语句分词，将其权重和分词结果一并存入数据，当用户搜索数据时候，再根据权重将结果排名，打分，再将返回结果呈现给用户。

更多知识参考：《Elasticsearch 简介》

Elasticsearch 具有以下特征

• Elasticsearch 很快。 由于 Elasticsearch 是在 Lucene 基础上构建而成的，所以在全文本搜索方面表现十分出色。Elasticsearch 同时还是一个近实时的搜索平台，这意味着从文档索引操作到文档变为可搜索状态之间的延时很短，一般只有一秒。因此，Elasticsearch 非常适用于对时间有严苛要求的用例，例如安全分析和基础设施监测。

• Elasticsearch 具有分布式的本质特征。 Elasticsearch 中存储的文档分布在不同的容器中，这些容器称为分片，可以进行复制以提供数据冗余副本，以防发生硬件故障。Elasticsearch 的分布式特性使得它可以扩展至数百台（甚至数千台）服务器，并处理 PB 量级的数据。

• Elasticsearch 包含一系列广泛的功能。 除了速度、可扩展性和弹性等优势以外，Elasticsearch 还有大量强大的内置功能（例如数据汇总和索引生命周期管理），可以方便用户更加高效地存储和搜索数据。

• Elastic Stack 简化了数据采集、可视化和报告过程。 人们通常将 Elastic Stack 称为 ELK Stack（代指Elasticsearch、Logstash 和 Kibana），目前 Elastic Stack 包括一系列丰富的轻量型数据采集代理，这些代理统称为 Beats，可用来向 Elasticsearch 发送数据。通过与 Beats 和 Logstash 进行集成，用户能够在向 Elasticsearch 中索引数据之前轻松地处理数据。同时，Kibana 不仅可针对 Elasticsearch 数据提供实时可视化，同时还提供 UI 以便用户快速访问应用程序性能监测 (APM)、日志和基础设施指标等数据。

1.2 学习参考

• Elasticsearch官方文档：《Elasticsearch权威指南》

• Elasticsearch各版本区别：《Elasticsearch各个版本重要特性》

• 中国社区官方博客：《Elastic 中国社区官方博客》，《知识导航页》

• 其他参考技术博客：《系统学习Elastic》

• 常规知识点：《Elasticsearch面试问题》

1.3 本例测试版本

{
  "name" : "xxx.168.xx.4",
  "cluster_name" : "my-application",
  "cluster_uuid" : "xxxxxxxxx",
  "version" : {
    "number" : "7.12.1",
    "build_flavor" : "default",
    "build_type" : "tar",
    "build_hash" : "xxxxxxxxxxxx",
    "build_date" : "2021-04-20T20:56:39.040728659Z",
    "build_snapshot" : false,
    "lucene_version" : "8.8.0",
    "minimum_wire_compatibility_version" : "6.8.0",
    "minimum_index_compatibility_version" : "6.0.0-beta1"
  },
  "tagline" : "You Know, for Search"
}

2.DSL语法学习

2.1基础知识

数据类型

官方参考文档：《Field datatypes》。可查看不同版本的支持数据类型。

知乎参考明细文档：《ElasticSearch系列03：ES的数据类型》

重点理解：

String字符串的两种数据格式 keyworld,text的区别

• text：会分词，然后进行索引，用于全文搜索。支持模糊、精确查询，不支持聚合。

• keyword：不进行分词，直接索引，keyword用于关键词搜索，支持模糊、精确查询，支持聚合。

如果不指定类型，ElasticSearch字符串将默认被同时映射成text和keyword类型，会自动创建下面的动态映射(dynamic mappings)：

"mappings" : {
      "properties" : {
        "color" : {
          "type" : "text",
          "fields" : {
            "keyword" : {
              "type" : "keyword",
              "ignore_above" : 256
            }
          }
        }
       }

直接使用color字段不支持聚合，但使用color.keyword支持聚合操作。

日期/时间自定义格式

• yyyy-MM-dd HH:mm:ss

• yyyy-MM-dd

• epoch_millis（毫秒值）

定义日期字段类型参考如下映射：

PUT my_index
{
  "mappings": {
    "_doc": {
      "properties": {
        "date": {
          "type":   "date",
          "format": "yyyy-MM-dd HH:mm:ss||yyyy-MM-dd||epoch_millis"
        }
      }
    }
  }
}

• 数组（数组类型直接声明为text,传入的数组初始化数据类型需一致），object,nested复杂类型；

• 聚合/排序时，哪些数类型的字段支持：

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。

若字段类型为text,不支持聚合等操作。也不推荐在Text字段上启用fielddata,因为field data和其缓存存储在堆中,这使得它们的计算成本很高。计算这些字段会造成延迟,增加的堆占用会造成集群性能问题。

• text常见分词器

type类型

根据Elasticsearch版本升级改造，去掉type。一个业务存储数据（类似于mysql数据表）为一个index。

number_of_shards：分片数（ES 7后，默认分片数为1）

number_of_replicas：每个分片的备份数量

2.2构建index

PUT /study_index
{
  "settings": {
    "index": {
      "number_of_shards": 1,
      "number_of_replicas": 1
    }
  },
 
  "mappings": {
      "properties": {
        "study_id": {
          "type": "integer"
        },
         "price": {
          "type": "double"
        },
        "content": {
          "type": "text"
        },
         "title": {
          "type": "keyword"
        },
        "study_name" : {
          "type" : "text",
          "fields" : {
            "keyword" : {
              "type" : "keyword",
              "ignore_above" : 256
            }
          }
        },
        "study_date": {
          "type": "date",
          "format": "yyyy-MM-dd"
        },
        "study_time": {
          "type": "date",
          "format": "yyyy-MM-dd HH:mm:ss"
        },
        "study_millis": {
          "type": "date",
          "format": "epoch_millis"
        },
         "study_array": {
          "type": "text"
        },
         "study_object": {
          "type": "object"
        },
         "study_nested": {
          "type": "nested"
        },
        "location": {
          "type": "geo_point"
        }
      }
    }
}

初始化数据

PUT /study_index/_bulk
{ "index": {}}
{ "study_id" : 2, "price" : 188.55, "content" : "养乐多1 test","title":"养乐多哇哈哈","study_name":"测试，中国人都爱喝", "study_date" : "2022-06-28","study_time" : "2022-10-28 12:22:32","study_millis":"1657626972000","study_array":["养乐多","哇哈哈","饮料"],"study_object":[ { "name":"wang", "age":18 }, { "name":"ling", "age":21 } ],"study_nested":[ { "name":"ma", "sex":1 }, { "name":"zhang", "sex":2 } ],"location":[ -72.34, 41.12 ]  }

2.3基础DSL查询语句

filter查询

过滤器，会查询对结果进行缓存，不会计算相关度，避免计算分值，执行速度非常快。

组合(bool)查询

bool 可以用来合并多个过滤条件查询结果的布尔逻辑，它包含这如下几个操作符:

• must : 多个查询条件的完全匹配,相当于 and。

• must_not ::多个查询条件的相反匹配，相当于 not。

• should : 至少有一个查询条件匹配, 相当于 or。

match

match查询属于高级查询，他会根据你查询的字段类型不一样，采用不同的查询方式,更加灵活多变。

• 查询的是日期或者是数值的话，他会将你基于的字符串查询内容转换为日期或者数值对待。

• 查询的内容是一个不能被分词的内容（keyword），match查询不会对你指定的查询关键字进行分词。

• 查询的内容是一个可以被分词的内容（text），match会将你指定的查询内容根据一定的方式去分词，去分词库中匹配指定的内容。

match查询，实际底层就是多个term查询，将多个term查询的结果给你封装到了一起而已。

• match_phrase查询分析文本，并从分析文本中创建短语查询

• match_phrase_prefix 做匹配

term

• term代表完全匹配，不进行分词器分析

• term 查询的字段需要在mapping的时候定义好，否则可能词被分词。传入指定的字符串，查不到数据

wildcard

类似于mysql中的like语法，基于**可做左右匹配。

英文查询没问题，中文查询有问题。中文查询的问题体现在单个汉字查询，没问题。多个字查询，则不支持。

中文使用时，将字段设置为keyword类型，支持多个汉字匹配。将对应字段加上keyword也支持，如：study_name.keyword。

中文含义是：避免以*或？开头的模式。这会增加查找匹配项所需的迭代次数并降低搜索性能。

• ? : 支持模糊匹配单个字符。举例：Ma?s 仅能匹配：Mars, Mass, 和 Maps。

• *: 支持模糊匹配零个或者多个字符。举例：Ma*s 能匹配：Mars, Matches 和 Massachusetts等。

模糊查询，如中国人都喜欢，可以基于“*中国*”匹配，也可以基于“中??都*” 匹配。

GET /study_index/_search
{
  "query": {
    "wildcard": {
      "study_name.keyword":  "*中??都*"
    }
  }
}

模糊查询的性能都不高，wildcard也不例外。不过在ES7.9中引入了一种新的wildcard 字段类型，该字段类型经过优化，可在字符串值中快速查找模式。wildcard 类型出现的目的：一方面避免了某些场景下分词查询不准确的问题，另一方面也解决了通配符和正则检索的效率问题。

 PUT my-study_index
{
  "mappings": {
    "properties": {
      "my_wildcard_test": {
        "type": "wildcard"
      }
    }
  }
}

fuzzy

fuzzy也是一种模糊查询，我理解它其实属于比较轻量级别的模糊查询。fuzzy中有个编辑距离的概念，编辑距离是对两个字符串差异长度的量化，及一个字符至少需要处理多少次才能变成另一个字符，比如lucene和lucece只差了一个字符他们的编辑距离是1。

其实fuzzy有个fuzziness参数，可以赋值为0，1，2和AUTO，默认其实是AUTO。

AUTO的意思是，根据查询的字符串长度决定允许的编辑距离，规则是：

• 0..2 完全匹配（就是不允许模糊）

• 3..5 编辑距离是1

• 大于5 编辑距离是2

其实仔细想一下，即使限制了编辑距离，查询的字符串比较长的情况下需要查询的词项也是非常巨大的。所以fuzzy还有一个选项是prefix_length，表示不能被 “模糊化” 的初始字符数，通过限制前缀的字符数量可以显著降低匹配的词项数量。

更多模糊查询参考：《Elasticsearch中的模糊查询》

constant_score 以非评分模式查询

查询price为68.55的记录

mysql对比：select * from study_index where price=68.55

GET /study_index/_search
{
  "query": {
    "term": {
      "price": 68.55
    }
  }
}

查询study_id为[1,2,3,4]的数据,price大于100，study_date在一个时间区间的数据

mysql对比：select * from study_index where price>100 and study_id in (1,2,3,4) and study_date between '2020-01-01' and '2022-09-01' and content like '%test%'

# 直接查询
GET /study_index/_search
{
    "query":{
        "bool":{
            "must":[
                {
                    "terms":{
                        "study_id":[1, 2, 3, 4]
                    }
                },
                {
                    "wildcard":{
                        "content":"*test*"
                    }
                },
                {
                    "range":{
                        "price":{
                            "gte":100
                        }
                    }
                },
                {
                    "range":{
                        "study_date":{
                            "gte":"2020-01-01",
                            "lte":"2022-09-01"
                        }
                    }
                }
            ]
        }
    }
}
 
# 过滤数据查询
 GET /study_index/_search
{
    "query":{
        "bool":{
            "must":[
                {
                    "terms":{
                        "study_id":[1, 2, 3, 4]
                    }
                },
                {
                    "wildcard":{
                        "content":"*test*"
                    }
                }
            ],
            "filter": [
              {
                "range":{
                        "price":{
                            "gte":100
                        }
                }
              },
              {
                "range":{
                  "study_date":{
                            "gte":"2020-01-01",
                            "lte":"2022-09-01"
                        }
              }
              }
            ]
        }
    }
}
 
 # 查询时不计算关联分数
 GET /study_index/_search
{
    "query":{
      "constant_score": {
        "filter": {
           "bool":{
            "must":[
                {
                    "terms":{
                        "study_id":[1, 2, 3, 4]
                    }
                },
 
                {
                    "wildcard":{
                        "content":"*test*"
                    }
                }
            ],
            "filter": [
              {
                "range":{
                        "price":{
                            "gte":100
                        }
                }
              },
              {
                "range":{
                  "study_date":{
                            "gte":"2020-01-01",
                            "lte":"2022-09-01"
                        }
              }
              }
            ]
        }
        },
        "boost": 1.2
      }
 
    }
}      

查询商户ID为3582，订单号为360102199003072618，按时间范围过滤，按下单时间倒序，每次查询100条

左匹配

mysql对比：like 'wang%'

prefix query，match_phrase_prefix均支持左匹配。

{
                    "match_phrase_prefix":{
                        "content":"wang"
                    }
                }
 
{ "query": {
    "prefix" : { "author": "方" }
  }
}

结果集返回指定字段 (_source)

　在query同一级，"_source":["字段1","字段2",...]

排序分页查询

text类型无法排序，keyword类型可以

GET /study_index/_search
{
    "query":{
        "bool":{
            "must":[
                {
                    "match_phrase_prefix":{
                        "content":"乳"
                    }
                },
              {
                "range": {
                  "price": {
                    "gte": 10,
                    "lte": 20000
                  }
                }
              }
            ]
        }
    }
    ,
    "sort": [
      {
        "price": {
          "order": "desc"
        }
      },
      {
        "study_id": {
          "order": "desc"
        }
      }
    ],
     "_source": ["study_millis","price","title","study_array"],
  "from":0,
  "size": 20
}

分组聚合

"size": 0：表示只展示分组统计的字段，不展示原始数据；

基于title分组，并基于平均价格排序；

GET /study_index/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "title_group": {
      "terms": {
        "field": "title",
        "order": {
          "avg_price": "desc"
        }
      },
      "aggs": {
        "avg_price": {
          "avg": {
            "field": "price"
          }
        }
      }
    }
  }
}

基于区间统计聚合

 GET /study_index/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "age_group_price":{
      "range": {
        "field": "price",
        "ranges": [
          {
            "from": 1,
            "to": 100
          },
          {
            "from": 100,
            "to":1000
          },
           {
            "from": 1000,
            "to":100000
          }
        ]
      }
    }
  }
}

高亮显示

展示content内容中，高亮显示test

 GET /study_index/_search
        {
    "query": {
        "match": {
            "content": "test"
        }
    },
    "highlight": {
        "pre_tags": [
            "<span>"
        ],
        "post_tags": [
            "</span>"
        ],
        "fields": {
            "content": {}
 
        }
    }
}

深分页

分页方式	性能	优点	缺点	场景
from + size	低	灵活性好，实现简单	深度分页问题	数据量比较小，能容忍深度分页问题
scroll	中	解决了深度分页问题	无法反应数据的实时性（快照版本）维护成本高，需要维护一个 scroll_id	海量数据的导出（比如笔者刚遇到的将es中20w的数据导入到excel）需要查询海量结果集的数据
search_after	高	性能最好不存在深度分页问题能够反映数据的实时变更	实现复杂，需要有一个全局唯一的字段连续分页的实现会比较复杂，因为每一次查询都需要上次查询的结果	海量数据的分页

第一步获取scroll

 GET /study_index/_search?scroll=2m
        { 
 
    "query": {
      "fuzzy": {
        "content":{
                     "value":"test"
            }
      }
    },
    "size": 3
}    

第二步基于scroll查询

基于scroll_id查询时，查询语句不用再写索引名称，直接编写_search/scroll 。

GET /_search/scroll?pretty
{
 "scroll" : "1m",
 "scroll_id" : "FGluY2x1ZGVfY29udGV4dF91dWlkDXF1ZXJ5QW5kRmV0Y2gBFkdzQVVFd29IVEZ5VE13ZEZNV2dUMkEAAAAAAADAgBY4VDlNWHdpN1NTV2JXM20wT0pOdEVn"
}   

3.Kibana数据展示

数据参考配置：《Kibana 之 使用索引模式》

Kibana基础知识：《如何开始使用 Kibana》

Kibana 是用于在 Elasticsearch 中可视化数据的强大工具。 这是开始探索你的 Elasticsearch 数据的方法。Kibana 是一种免费及开放的分析和可视化工具，可通过基于浏览器的界面轻松搜索，可视化和探索大量数据。 除了 Elasticsearch，Logstash 和 Beats 之外，Kibana 是 Elastic Stack（以前称为 ELK Stack）的核心部分。

在最新的 Elastic Stack 中，它也被称之为 Data View。Elasticsearch 将数据存储在索引中-如果你更熟悉关系数据库，则它们在某种程度上类似于表。 索引模式告诉 Kibana 你想探索哪些Elasticsearch 索引。 你可以在 Elasticsearch 中为特定索引创建索引模式，也可以使用通配符*同时查询多个索引。 在 Kibana 中可以有多个索引模式（就像数据库中有很多表一样）。 在创建可视化或搜索数据时，你将需要选择要在其上进行搜索的索引模式。

3.1简单分析学习数据