ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入

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秃了也弱了 2024-06-18 13:55:39 博主文章分类：elasticsearch ©著作权

文章标签 elasticsearch 大数据搜索引擎字段 Apple 文章分类 JavaScript 前端开发

©著作权归作者所有：来自51CTO博客作者秃了也弱了的原创作品，请联系作者获取转载授权，否则将追究法律责任

文章目录

一、相关性和相关性得分

1、概述
2、相关性（Relevance）
3、什么是TF-IDF
4、BM25
5、通过Explain API查看TF-IDF
6、Boosting

二、bool查询

1、概述
2、bool查询语法
3、如何解决结构化查询“包含而不是相等”的问题
4、利用bool嵌套实现should not逻辑

三、Boosting Query

1、控制字段的Boosting
2、案例：要求苹果公司的产品信息优先展示

四、单字符串多字段查询

1、三种场景
2、最佳字段查询Dis Max Query
3、Multi Match Query

（1）最佳字段(Best Fields)搜索
（2）使用多数字段（Most Fields）搜索
（3）跨字段（Cross Field）搜索

五、ElasticSearch聚合操作

1、简介
2、聚合的分类

（1）Metric Aggregation
（2）Bucket Aggregation
（3）Pipeline Aggregation

3、示例数据
4、Metric Aggregation案例

（1）查询员工的最低最高和平均工资
（2）对salary进行统计，输出多值
（3）cardinate对搜索结果去重

5、Bucket Aggregation案例

（1）获取job的分类信息
（2）限定聚合范围
（3）注意：对 Text 字段进行 terms 聚合查询，会失败抛出异常
（4）Range & Histogram聚合
（5）Range 示例：按照工资的 Range 分桶
（6）Histogram示例：按照工资的间隔分桶
（7）top_hits应用场景: 当获取分桶后，桶内最匹配的顶部文档列表
（8）嵌套聚合示例

6、Pipeline Aggregation案例

（1）min_bucket示例
（2）Stats示例
（3）percentiles示例
（4）Cumulative_sum示例

7、聚合的作用范围
8、排序
9、ES聚合分析不精准原因分析

六、Elasticsearch 聚合性能优化

1、启用 eager global ordinals 提升高基数聚合性能
2、插入数据时对索引进行预排序
3、使用节点查询缓存
4、使用分片请求缓存
5、拆分聚合，使聚合并行化

七、Elasticsearch中处理关联关系

1、概述
2、对象类型

（1）案例1：博客作者信息变更
（2）案例2：包含对象数组的文档

3、嵌套对象(Nested Object)

（1）什么是Nested Data Type

4、父子关联关系(Parent / Child )
5、嵌套文档 VS 父子文档

八、Ingest Pipeline & Painless Script

1、应用场景
2、Ingest Node
3、Pipeline & Processor

（1）简介
（2）创建pipeline
（3）使用pipeline更新数据
（4）借助update_by_query更新已存在的文档
（5）Ingest Node VS Logstash
（6）Painless
（7）脚本缓存

九、ElasticSearch数据建模最佳实践

1、建模建议1：如何处理关联关系
2、建模建议2: 避免过多字段
3、建模建议3︰避免正则，通配符，前缀查询
4、建模建议4︰避免空值引起的聚合不准
5、建模建议5: 为索引的Mapping加入Meta 信息

一、相关性和相关性得分

1、概述

搜索是用户和搜索引擎的对话，用户关心的是搜索结果的相关性 是否可以找到所有相关的内容
有多少不相关的内容被返回了
文档的打分是否合理
结合业务需求，平衡结果排名

如何衡量相关性：
Precision(查准率)―尽可能返回较少的无关文档
Recall(查全率)–尽量返回较多的相关文档
Ranking -是否能够按照相关度进行排序

2、相关性（Relevance）

搜索的相关性算分，描述了一个文档和查询语句匹配的程度。ES 会对每个匹配查询条件的结果进行算分_score。打分的本质是排序，需要把最符合用户需求的文档排在前面。ES 5之前，默认的相关性算分采用TF-IDF，现在采用BM 25。

如下例子：显而易见，查询JAVA多线程设计模式，文档id为2,3的文档的算分更高

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_elasticsearch

3、什么是TF-IDF

TF-IDF（term frequency–inverse document frequency）是一种用于信息检索与数据挖掘的常用加权技术。

TF-IDF被公认为是信息检索领域最重要的发明，除了在信息检索，在文献分类和其他相关领域有着非常广泛的应用。
IDF的概念，最早是剑桥大学的“斯巴克.琼斯”提出
1972年——“关键词特殊性的统计解释和它在文献检索中的应用”，但是没有从理论上解释IDF应该是用log(全部文档数/检索词出现过的文档总数)，而不是其他函数，也没有做进一步的研究
1970，1980年代萨尔顿和罗宾逊，进行了进一步的证明和研究，并用香农信息论做了证明http://www.staff.city.ac.uk/~sb317/papers/foundations_bm25_review.pdf 现代搜索引擎，对TF-IDF进行了大量细微的优化

Lucene中的TF-IDF评分公式：

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_Apple_02

TF是词频(Term Frequency)

检索词在文档中出现的频率越高，相关性也越高。

IDF是逆向文本频率(Inverse Document Frequency)
每个检索词在索引中出现的频率，频率越高，相关性越低。

字段长度归一值（ field-length norm）
字段的长度是多少？字段越短，字段的权重越高。检索词出现在一个内容短的 title 要比同样的词出现在一个内容长的 content 字段权重更大。

以上三个因素——词频（term frequency）、逆向文档频率（inverse document frequency）和字段长度归一值（field-length norm）——是在索引时计算并存储的，最后将它们结合在一起计算单个词在特定文档中的权重。

4、BM25

BM25 就是对 TF-IDF 算法的改进，对于 TF-IDF 算法，TF(t) 部分的值越大，整个公式返回的值就会越大。BM25 就针对这点进行来优化，随着TF(t) 的逐步加大，该算法的返回值会趋于一个数值。

从ES 5开始，默认算法改为BM 25

和经典的TF-IDF相比,当TF无限增加时，BM 25算分会趋于一个数值

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_字段_03

BM 25的公式：

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_大数据_04

5、通过Explain API查看TF-IDF

# 示例
PUT /test_score/_bulk
{"index":{"_id":1}}
{"content":"we use Elasticsearch to power the search"}
{"index":{"_id":2}}
{"content":"we like elasticsearch"}
{"index":{"_id":3}}
{"content":"Thre scoring of documents is caculated by the scoring formula"}
{"index":{"_id":4}}
{"content":"you know,for search"}

GET /test_score/_search
{
  "explain": true, 
  "query": {
    "match": {
      "content": "elasticsearch"
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_elasticsearch_05

6、Boosting

Boosting是控制相关度的一种手段。

参数boost的含义：
当boost > 1时，打分的权重相对性提升
当0 < boost <1时，打分的权重相对性降低
当boost <0时，贡献负分

返回匹配positive查询的文档并降低匹配negative查询的文档相似度分。这样就可以在不排除某些文档的前提下对文档进行查询,搜索结果中存在只不过相似度分数相比正常匹配的要低;

GET /test_score/_search
{
  "query": {
    "boosting": {
      "positive": {
        "term": {
          "content": "elasticsearch"
        }
      },
      "negative": {
         "term": {
            "content": "like"
          }
      },
      "negative_boost": 0.2
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_搜索引擎_06

应用场景：希望包含了某项内容的结果不是不出现，而是排序靠后。

二、bool查询

1、概述

一个bool查询,是一个或者多个查询子句的组合，总共包括4种子句，其中2种会影响算分，2种不影响算分。

must: 相当于&& ，必须匹配，贡献算分should: 相当于|| ，选择性匹配，贡献算分must_not: 相当于! ，必须不能匹配，不贡献算分filter: 必须匹配，不贡献算法

在Elasticsearch中，有Query和 Filter两种不同的Context：
Query Context: 相关性算分
Filter Context: 不需要算分 ,可以利用Cache，获得更好的性能

相关性并不只是全文本检索的专利，也适用于yes | no 的子句，匹配的子句越多，相关性评分越高。如果多条查询子句被合并为一条复合查询语句，比如 bool查询，则每个查询子句计算得出的评分会被合并到总的相关性评分中。

2、bool查询语法

子查询可以任意顺序出现
可以嵌套多个查询
如果你的bool查询中，没有must条件,should中必须至少满足一条查询

GET /es_db/_search
{
  "query": {
    "bool": {
      "must": {
        "match": {
          "remark": "java developer"
        }
      },
      "filter": {
        "term": {
          "sex": "1"
        }
      },
      "must_not": {
        "range": {
          "age": {
            "gte": 30
          }
        }
      },
      "should": [
        {
          "term": {
            "address.keyword": {
              "value": "广州天河公园"
            }
          }
        },
        {
          "term": {
            "address.keyword": {
              "value": "广州白云山公园"
            }
          }
        }
      ],
      "minimum_should_match": 1
    }
  }
}

3、如何解决结构化查询“包含而不是相等”的问题

#测试数据
POST /employee/_bulk
{"index":{"_id":1}}
{"name":"小明","interest":["跑步","篮球"]}
{"index":{"_id":2}}
{"name":"小红","interest":["跑步"]}
{"index":{"_id":3}}
{"name":"小丽","interest":["跳舞","唱歌","跑步"]}

POST /employee/_search
{
  "query": {
    "term": {
      "interest.keyword": {
        "value": "跑步"
      }
    }
  }
}

解决方案：增加count字段，使用bool查询解决

# 从业务角度，按需改进Elasticsearch数据模型
POST /employee/_bulk
{"index":{"_id":1}}
{"name":"小明","interest":["跑步","篮球"],"interest_count":2}
{"index":{"_id":2}}
{"name":"小红","interest":["跑步"],"interest_count":1}
{"index":{"_id":3}}
{"name":"小丽","interest":["跳舞","唱歌","跑步"],"interest_count":3}

# 使用bool查询
# must 算分 ，查询只包含跑步的
POST /employee/_search
{
  "query": {
    "bool": {
      "must": [
        {
          "term": {
            "interest.keyword": {
              "value": "跑步"
            }
          }
        },
        {
          "term": {
            "interest_count": {
              "value": 1
            }
          }
        }
      ]
    }
  }
}
# filter不算分
POST /employee/_search
{
  "query": {
    "bool": {
      "filter": [
        {
          "term": {
            "interest.keyword": {
              "value": "跑步"
            }
          }
        },
        {
          "term": {
            "interest_count": {
              "value": 1
            }
          }
        }
      ]
    }
  }
}

4、利用bool嵌套实现should not逻辑

GET /es_db/_search
{
  "query": {
    "bool": {
      "must": {
        "match": {
          "remark": "java developer"
        }
      },
      "should": [
        {
          "bool": {
            "must_not": [
              {
                "term": {
                  "sex": 1
                }
              }
            ]
          }
        }
      ],
      "minimum_should_match": 1
    }
  }
}

三、Boosting Query

思考：如何控制查询的相关性算分？

1、控制字段的Boosting

Boosting是控制相关的一种手段。可以通过指定字段的boost值影响查询结果

参数boost的含义：
当boost > 1时，打分的权重相对性提升
当0 < boost <1时，打分的权重相对性降低
当boost <0时，贡献负分

POST /blogs/_bulk
{"index":{"_id":1}}
{"title":"Apple iPad","content":"Apple iPad,Apple iPad"}
{"index":{"_id":2}}
{"title":"Apple iPad,Apple iPad","content":"Apple iPad"}

GET /blogs/_search
{
  "query": {
    "bool": {
      "should": [
        {
          "match": {
            "title": {
              "query": "apple,ipad",
              "boost": 1
            }
          }
        },
        {
          "match": {
            "content": {
              "query": "apple,ipad",
              "boost": 4
            }
          }
        }
      ]
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_搜索引擎_07

2、案例：要求苹果公司的产品信息优先展示

POST /news/_bulk
{"index":{"_id":1}}
{"content":"Apple Mac"}
{"index":{"_id":2}}
{"content":"Apple iPad"}
{"index":{"_id":3}}
{"content":"Apple employee like Apple Pie and Apple Juice"}


GET /news/_search
{
  "query": {
    "bool": {
      "must": {
        "match": {
          "content": "apple"
        }
      }
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_搜索引擎_08

我们发现并不符合我们的预期

利用must not排除不是苹果公司产品的文档：

GET /news/_search
{
  "query": {
    "bool": {
      "must": {
        "match": {
          "content": "apple"
        }
      },
      "must_not": {
        "match":{
          "content": "pie"
        }
      }
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_字段_09

利用negative_boost降低相关性：

negative_boost 对 negative部分query生效
计算评分时,boosting部分评分不修改，negative部分query乘以negative_boost值
negative_boost取值:0-1.0，举例:0.3

对某些返回结果不满意，但又不想排除掉（ must_not)，可以考虑boosting query的negative_boost。

GET /news/_search
{
  "query": {
    "boosting": {
      "positive": {
        "match": {
          "content": "apple"
        }
      },
      "negative": {
        "match": {
          "content": "pie"
        }
      },
      "negative_boost": 0.2
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_大数据_10

四、单字符串多字段查询

1、三种场景

最佳字段(Best Fields)
当字段之间相互竞争，又相互关联。例如，对于博客的 title和 body这样的字段，评分来自最匹配字段

多数字段(Most Fields)
处理英文内容时的一种常见的手段是，在主字段( English Analyzer)，抽取词干，加入同义词，以匹配更多的文档。相同的文本，加入子字段（Standard Analyzer），以提供更加精确的匹配。其他字段作为匹配文档提高相关度的信号，匹配字段越多则越好。

混合字段(Cross Field)
对于某些实体，例如人名，地址，图书信息。需要在多个字段中确定信息，单个字段只能作为整体的一部分。希望在任何这些列出的字段中找到尽可能多的词。

2、最佳字段查询Dis Max Query

将任何与任一查询匹配的文档作为结果返回，采用字段上最匹配的评分最终评分返回。 官方文档：https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/reference/7.17/query-dsl-dis-max-query.html

# 测试
PUT /blogs/_doc/1
{
    "title": "Quick brown rabbits",
    "body":  "Brown rabbits are commonly seen."
}

PUT /blogs/_doc/2
{
    "title": "Keeping pets healthy",
    "body":  "My quick brown fox eats rabbits on a regular basis."
}

POST /blogs/_search
{
    "query": {
        "bool": {
            "should": [
                { "match": { "title": "Brown fox" }},
                { "match": { "body":  "Brown fox" }}
            ]
        }
    }
}

思考：查询结果不符合预期，为什么？

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_elasticsearch_11

bool should的算法过程：
查询should语句中的两个查询
加和两个查询的评分
乘以匹配语句的总数
除以所有语句的总数

上述例子中，title和body属于竞争关系，不应该讲分数简单叠加，而是应该找到单个最佳匹配的字段的评分。

使用最佳字段查询dis max query：

POST blogs/_search
{
    "query": {
        "dis_max": {
            "queries": [
                { "match": { "title": "Brown fox" }},
                { "match": { "body":  "Brown fox" }}
            ]
        }
    }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_elasticsearch_12

可以通过tie_breaker参数调整：

Tier Breaker是一个介于0-1之间的浮点数。0代表使用最佳匹配;1代表所有语句同等重要。
获得最佳匹配语句的评分_score 。
将其他匹配语句的评分与tie_breaker相乘
对以上评分求和并规范化

POST /blogs/_search
{
    "query": {
        "dis_max": {
            "queries": [
                { "match": { "title": "Quick pets" }},
                { "match": { "body":  "Quick pets" }}
            ]
        }
    }
}


POST /blogs/_search
{
    "query": {
        "dis_max": {
            "queries": [
                { "match": { "title": "Quick pets" }},
                { "match": { "body":  "Quick pets" }}
            ],
            "tie_breaker": 0.2
        }
    }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_elasticsearch_13

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_搜索引擎_14

3、Multi Match Query

（1）最佳字段(Best Fields)搜索

Best Fields是默认类型，可以不用指定

POST /blogs/_search
{
  "query": {
    "multi_match": {
      "type": "best_fields",
      "query": "Quick pets",
      "fields": ["title","body"],
      "tie_breaker": 0.2
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_elasticsearch_15

（2）使用多数字段（Most Fields）搜索

# 案例
DELETE /titles
PUT /titles
{
  "mappings": {
    "properties": {
      "title": {
        "type": "text",
        "analyzer": "english",
        "fields": {
          "std": {
            "type": "text",
            "analyzer": "standard"
          }
        }
      }
    }
  }
}

POST titles/_bulk
{ "index": { "_id": 1 }}
{ "title": "My dog barks" }
{ "index": { "_id": 2 }}
{ "title": "I see a lot of barking dogs on the road " }

# 结果与预期不匹配
GET /titles/_search
{
  "query": {
    "match": {
      "title": "barking dogs"
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_elasticsearch_16

用广度匹配字段title包括尽可能多的文档——以提升召回率——同时又使用字段title.std 作为信号将相关度更高的文档置于结果顶部。

GET /titles/_search
{
  "query": {
    "multi_match": {
      "query": "barking dogs",
      "type": "most_fields",
      "fields": [
        "title",
        "title.std"
      ]
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_大数据_17

每个字段对于最终评分的贡献可以通过自定义值boost 来控制。比如，使title 字段更为重要,这样同时也降低了其他信号字段的作用：

#增加title的权重
GET /titles/_search
{
  "query": {
    "multi_match": {
      "query": "barking dogs",
      "type": "most_fields",
      "fields": [
        "title^10",
        "title.std"
      ]
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_搜索引擎_18

（3）跨字段（Cross Field）搜索

DELETE /address
PUT /address
{
    "settings" : {
        "index" : {
            "analysis.analyzer.default.type": "ik_max_word"
        }
    }
}

PUT /address/_bulk
{ "index": { "_id": "1"} }
{"province": "湖南","city": "长沙"}
{ "index": { "_id": "2"} }
{"province": "湖南","city": "常德"}
{ "index": { "_id": "3"} }
{"province": "广东","city": "广州"}
{ "index": { "_id": "4"} }
{"province": "湖南","city": "邵阳"}

#使用most_fields的方式结果不符合预期，不支持operator
GET /address/_search
{
  "query": {
    "multi_match": {
      "query": "湖南常德",
      "type": "most_fields",
      "fields": ["province","city"]
    }
  }
}

# 可以使用cross_fields，支持operator
#与copy_to相比，其中一个优势就是它可以在搜索时为单个字段提升权重。
GET /address/_search
{
  "query": {
    "multi_match": {
      "query": "湖南常德",
      "type": "cross_fields",
      "operator": "and", 
      "fields": ["province","city"]
    }
  }
}

可以用copy...to 解决，但是需要额外的存储空间

DELETE /address

PUT /address
{
  "mappings" : {
      "properties" : {
        "province" : {
          "type" : "keyword",
          "copy_to": "full_address"
        },
        "city" : {
          "type" : "text",
          "copy_to": "full_address"
        }
      }
    },
    "settings" : {
        "index" : {
            "analysis.analyzer.default.type": "ik_max_word"
        }
    }
}

PUT /address/_bulk
{ "index": { "_id": "1"} }
{"province": "湖南","city": "长沙"}
{ "index": { "_id": "2"} }
{"province": "湖南","city": "常德"}
{ "index": { "_id": "3"} }
{"province": "广东","city": "广州"}
{ "index": { "_id": "4"} }
{"province": "湖南","city": "邵阳"}

GET /address/_search
{
  "query": {
    "match": {
      "full_address": {
        "query": "湖南常德",
        "operator": "and"
      }
    }
  }
}

GET /address/_search
{
  "query": {
    "multi_match": {
      "query": "湖南常德",
      "type": "most_fields",
      "fields": ["province","city"]
    }
  }
}

五、ElasticSearch聚合操作

1、简介

Elasticsearch除搜索以外，提供了针对ES 数据进行统计分析的功能。聚合(aggregations)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？

语法：

"aggs" : {  #和query同级的关键词
    "<aggregation_name>" : { #自定义的聚合名字
        "<aggregation_type>" : { #聚合的定义： 不同的type+body
            <aggregation_body>
        }
        [,"meta" : {  [<meta_data_body>] } ]?
        [,"aggregations" : { [<sub_aggregation>]+ } ]?  #子聚合查询
    }
    [,"<aggregation_name_2>" : { ... } ]*  #可以包含多个同级的聚合查询
}

2、聚合的分类

（1）Metric Aggregation

—些数学运算，可以对文档字段进行统计分析，类比Mysql中的 min(), max(), sum() 操作。

# mysql：
SELECT MIN(price), MAX(price) FROM products
#Metric聚合的DSL类比实现：
{
    "aggs":{
        "avg_price":{
            "avg":{
                "field":"price"
            }
        }
    }
}

（2）Bucket Aggregation

一些满足特定条件的文档的集合放置到一个桶里，每一个桶关联一个key，类比Mysql中的group by操作。

# mysql：
ELECT size COUNT(*) FROM products GROUP BY size
#bucket聚合的DSL类比实现：
{
 "aggs": {
    "by_size": {
      "terms": {
        "field": "size"
      }
  }
}

（3）Pipeline Aggregation

对其他的聚合结果进行二次聚合

3、示例数据

DELETE /employees
#创建索引库
PUT /employees
{
  "mappings": {
    "properties": {
      "age":{
        "type": "integer"
      },
      "gender":{
        "type": "keyword"
      },
      "job":{
         "type" : "text",
          "fields" : {
            "keyword" : {
              "type" : "keyword",
              "ignore_above" : 50
            }
          }
      },
      "name":{
        "type": "keyword"
      },
      "salary":{
        "type": "integer"
      }
    }
  }
}

PUT /employees/_bulk
{ "index" : {  "_id" : "1" } }
{ "name" : "Emma","age":32,"job":"Product Manager","gender":"female","salary":35000 }
{ "index" : {  "_id" : "2" } }
{ "name" : "Underwood","age":41,"job":"Dev Manager","gender":"male","salary": 50000}
{ "index" : {  "_id" : "3" } }
{ "name" : "Tran","age":25,"job":"Web Designer","gender":"male","salary":18000 }
{ "index" : {  "_id" : "4" } }
{ "name" : "Rivera","age":26,"job":"Web Designer","gender":"female","salary": 22000}
{ "index" : {  "_id" : "5" } }
{ "name" : "Rose","age":25,"job":"QA","gender":"female","salary":18000 }
{ "index" : {  "_id" : "6" } }
{ "name" : "Lucy","age":31,"job":"QA","gender":"female","salary": 25000}
{ "index" : {  "_id" : "7" } }
{ "name" : "Byrd","age":27,"job":"QA","gender":"male","salary":20000 }
{ "index" : {  "_id" : "8" } }
{ "name" : "Foster","age":27,"job":"Java Programmer","gender":"male","salary": 20000}
{ "index" : {  "_id" : "9" } }
{ "name" : "Gregory","age":32,"job":"Java Programmer","gender":"male","salary":22000 }
{ "index" : {  "_id" : "10" } }
{ "name" : "Bryant","age":20,"job":"Java Programmer","gender":"male","salary": 9000}
{ "index" : {  "_id" : "11" } }
{ "name" : "Jenny","age":36,"job":"Java Programmer","gender":"female","salary":38000 }
{ "index" : {  "_id" : "12" } }
{ "name" : "Mcdonald","age":31,"job":"Java Programmer","gender":"male","salary": 32000}
{ "index" : {  "_id" : "13" } }
{ "name" : "Jonthna","age":30,"job":"Java Programmer","gender":"female","salary":30000 }
{ "index" : {  "_id" : "14" } }
{ "name" : "Marshall","age":32,"job":"Javascript Programmer","gender":"male","salary": 25000}
{ "index" : {  "_id" : "15" } }
{ "name" : "King","age":33,"job":"Java Programmer","gender":"male","salary":28000 }
{ "index" : {  "_id" : "16" } }
{ "name" : "Mccarthy","age":21,"job":"Javascript Programmer","gender":"male","salary": 16000}
{ "index" : {  "_id" : "17" } }
{ "name" : "Goodwin","age":25,"job":"Javascript Programmer","gender":"male","salary": 16000}
{ "index" : {  "_id" : "18" } }
{ "name" : "Catherine","age":29,"job":"Javascript Programmer","gender":"female","salary": 20000}
{ "index" : {  "_id" : "19" } }
{ "name" : "Boone","age":30,"job":"DBA","gender":"male","salary": 30000}
{ "index" : {  "_id" : "20" } }
{ "name" : "Kathy","age":29,"job":"DBA","gender":"female","salary": 20000}

4、Metric Aggregation案例

单值分析︰只输出一个分析结果：
min, max, avg, sum
Cardinality（类似distinct Count)

多值分析:输出多个分析结果：
stats（统计）, extended stats
percentile （百分位）, percentile rank
top hits(排在前面的示例)

（1）查询员工的最低最高和平均工资

#多个 Metric 聚合，找到最低最高和平均工资
POST /employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "max_salary": {
      "max": {
        "field": "salary"
      }
    },
    "min_salary": {
      "min": {
        "field": "salary"
      }
    },
    "avg_salary": {
      "avg": {
        "field": "salary"
      }
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_大数据_19

（2）对salary进行统计，输出多值

# 一个聚合，输出多值
POST /employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "stats_salary": {
      "stats": {
        "field":"salary"
      }
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_字段_20

（3）cardinate对搜索结果去重

POST /employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "cardinate": {
      "cardinality": {
        "field": "job.keyword"
      }
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_Apple_21

5、Bucket Aggregation案例

按照一定的规则，将文档分配到不同的桶中，从而达到分类的目的。ES提供的一些常见的 Bucket Aggregation。

Terms，需要字段支持filedata
keyword 默认支持fielddata
text需要在Mapping 中开启fielddata，会按照分词后的结果进行分桶

数字类型
Range / Data Range
Histogram（直方图） / Date Histogram

支持嵌套: 也就在桶里再做分桶

（1）获取job的分类信息

# 对keword 进行聚合
GET /employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "jobs": {
      "terms": {
        "field":"job.keyword"
      }
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_大数据_22

聚合可配置属性有：
field：指定聚合字段
size：指定聚合结果数量
order：指定聚合结果排序方式

默认情况下，Bucket聚合会统计Bucket内的文档数量，记为_count，并且按照_count降序排序。我们可以指定order属性，自定义聚合的排序方式：

GET /employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "jobs": {
      "terms": {
        "field":"job.keyword",
         "size": 10,
        "order": {
          "_count": "desc" 
        }
      }
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_搜索引擎_23

（2）限定聚合范围

#只对salary在10000元以上的文档聚合
GET /employees/_search
{
  "query": {
    "range": {
      "salary": {
        "gte": 10000 
      }
    }
  }, 
  "size": 0,
  "aggs": {
    "jobs": {
      "terms": {
        "field":"job.keyword",
         "size": 10,
        "order": {
          "_count": "desc" 
        }
      }
    }
  }
}

（3）注意：对 Text 字段进行 terms 聚合查询，会失败抛出异常

POST /employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "jobs": {
      "terms": {
        "field":"job"
      }
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_Apple_24

解决办法：对 Text 字段打开 fielddata，支持terms aggregation

PUT /employees/_mapping
{
  "properties" : {
    "job":{
       "type":  "text",
       "fielddata": true
    }
  }
}

# 对 Text 字段进行分词，分词后的terms
POST /employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "jobs": {
      "terms": {
        "field":"job"
      }
    }
  }
}

对job.keyword 和 job 进行 terms 聚合，分桶的总数并不一样

POST /employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "cardinate": {
      "cardinality": {
        "field": "job"
      }
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_搜索引擎_25

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_字段_26

（4）Range & Histogram聚合

按照数字的范围，进行分桶
在Range Aggregation中，可以自定义Key

（5）Range 示例：按照工资的 Range 分桶

#Salary Range分桶，可以自己定义 key
POST employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "salary_range": {
      "range": {
        "field":"salary",
        "ranges":[
          {
            "to":10000
          },
          {
            "from":10000,
            "to":20000
          },
          {
            "key":">20000",
            "from":20000
          }
        ]
      }
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_大数据_27

（6）Histogram示例：按照工资的间隔分桶

#工资0到10万，以 5000一个区间进行分桶
POST employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "salary_histrogram": {
      "histogram": {
        "field":"salary",
        "interval":5000,
        "extended_bounds":{
          "min":0,
          "max":100000
        }
      }
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_搜索引擎_28

（7）top_hits应用场景: 当获取分桶后，桶内最匹配的顶部文档列表

# 指定size，不同工种中，年纪最大的3个员工的具体信息
# 先按照job聚合，然后再按照每一个聚合中的age进行排序
POST /employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "jobs": {
      "terms": {
        "field":"job.keyword"
      },
      "aggs":{
        "old_employee":{
          "top_hits":{
            "size":3,
            "sort":[
              {
                "age":{
                  "order":"desc"
                }
              }
            ]
          }
        }
      }
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_Apple_29

（8）嵌套聚合示例

# 嵌套聚合1，按照工作类型分桶，并统计工资信息
POST employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "Job_salary_stats": {
      "terms": {
        "field": "job.keyword"
      },
      "aggs": {
        "salary": {
          "stats": {
            "field": "salary"
          }
        }
      }
    }
  }
}

# 多次嵌套。根据工作类型分桶，然后按照性别分桶，计算工资的统计信息
POST employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "Job_gender_stats": {
      "terms": {
        "field": "job.keyword"
      },
      "aggs": {
        "gender_stats": {
          "terms": {
            "field": "gender"
          },
          "aggs": {
            "salary_stats": {
              "stats": {
                "field": "salary"
              }
            }
          }
        }
      }
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_Apple_30

6、Pipeline Aggregation案例

支持对聚合分析的结果，再次进行聚合分析。

Pipeline 的分析结果会输出到原结果中，根据位置的不同，分为两类：

Sibling - 结果和现有分析结果同级
Max，min，Avg & Sum Bucket
Stats，Extended Status Bucket
Percentiles Bucket

Parent -结果内嵌到现有的聚合分析结果之中
Derivative(求导)
Cumultive Sum(累计求和)
Moving Function(移动平均值 )

（1）min_bucket示例

在员工数最多的工种里，找出平均工资最低的工种

# 平均工资最低的工种
POST employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "jobs": {
      "terms": {
        "field": "job.keyword",
        "size": 10
      },
      "aggs": {
        "avg_salary": {
          "avg": {
            "field": "salary"
          }
        }
      }
    },
    "min_salary_by_job":{   
      "min_bucket": {    
        "buckets_path": "jobs>avg_salary"  
      }
    }
  }
}

min_salary_by_job结果和jobs的聚合同级
min_bucket求之前结果的最小值
通过bucket_path关键字指定路径

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_Apple_31

（2）Stats示例

# 平均工资的统计分析
POST employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "jobs": {
      "terms": {
        "field": "job.keyword",
        "size": 10
      },
      "aggs": {
        "avg_salary": {
          "avg": {
            "field": "salary"
          }
        }
      }
    },
    "stats_salary_by_job":{
      "stats_bucket": {
        "buckets_path": "jobs>avg_salary"
      }
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_搜索引擎_32

（3）percentiles示例

# 平均工资的百分位数
POST employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "jobs": {
      "terms": {
        "field": "job.keyword",
        "size": 10
      },
      "aggs": {
        "avg_salary": {
          "avg": {
            "field": "salary"
          }
        }
      }
    },
    "percentiles_salary_by_job":{
      "percentiles_bucket": {
        "buckets_path": "jobs>avg_salary"
      }
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_搜索引擎_33

（4）Cumulative_sum示例

#Cumulative_sum   累计求和
POST employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "age": {
      "histogram": {
        "field": "age",
        "min_doc_count": 0,
        "interval": 1
      },
      "aggs": {
        "avg_salary": {
          "avg": {
            "field": "salary"
          }
        },
        "cumulative_salary":{
          "cumulative_sum": {
            "buckets_path": "avg_salary"
          }
        }
      }
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_Apple_34

7、聚合的作用范围

ES聚合分析的默认作用范围是query的查询结果集，同时ES还支持以下方式改变聚合的作用范围：
Filter
Post Filter
Global

#Query
POST employees/_search
{
  "size": 0,
  "query": {
    "range": {
      "age": {
        "gte": 20
      }
    }
  },
  "aggs": {
    "jobs": {
      "terms": {
        "field":"job.keyword"
        
      }
    }
  }
}

#Filter
POST employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "older_person": {
      "filter":{
        "range":{
          "age":{
            "from":35
          }
        }
      },
      "aggs":{
         "jobs":{
           "terms": {
        "field":"job.keyword"
      }
      }
    }},
    "all_jobs": {
      "terms": {
        "field":"job.keyword"
        
      }
    }
  }
}



#Post field. 一条语句，找出所有的job类型。还能找到聚合后符合条件的结果
POST employees/_search
{
  "aggs": {
    "jobs": {
      "terms": {
        "field": "job.keyword"
      }
    }
  },
  "post_filter": {
    "match": {
      "job.keyword": "Dev Manager"
    }
  }
}


#global 
POST employees/_search
{
  "size": 0,
  "query": {
    "range": {
      "age": {
        "gte": 40
      }
    }
  },
  "aggs": {
    "jobs": {
      "terms": {
        "field":"job.keyword"
        
      }
    },
    
    "all":{
      "global":{},
      "aggs":{
        "salary_avg":{
          "avg":{
            "field":"salary"
          }
        }
      }
    }
  }
}

8、排序

指定order，按照count和key进行排序：
默认情况，按照count降序排序
指定size，就能返回相应的桶

#排序 order
#count and key
POST employees/_search
{
  "size": 0,
  "query": {
    "range": {
      "age": {
        "gte": 20
      }
    }
  },
  "aggs": {
    "jobs": {
      "terms": {
        "field":"job.keyword",
        "order":[
          {"_count":"asc"},
          {"_key":"desc"}
          ]
        
      }
    }
  }
}


#排序 order
#count and key
POST employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "jobs": {
      "terms": {
        "field":"job.keyword",
        "order":[  {
            "avg_salary":"desc"
          }]
        
        
      },
    "aggs": {
      "avg_salary": {
        "avg": {
          "field":"salary"
        }
      }
    }
    }
  }
}


#排序 order
#count and key
POST employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "jobs": {
      "terms": {
        "field":"job.keyword",
        "order":[  {
            "stats_salary.min":"desc"
          }]
        
        
      },
    "aggs": {
      "stats_salary": {
        "stats": {
          "field":"salary"
        }
      }
    }
    }
  }
}

9、ES聚合分析不精准原因分析

ElasticSearch在对海量数据进行聚合分析的时候会损失搜索的精准度来满足实时性的需求。

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_字段_35

Terms聚合分析的执行流程：

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_字段_36

不精准的原因：数据分散到多个分片，聚合是每个分片的取 Top X，导致结果不精准。ES 可以不每个分片Top X，而是全量聚合，但势必这会有很大的性能问题。

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_大数据_37

思考：如何提高聚合精确度？

方案1：设置主分片为1
注意7.x版本已经默认为1。
适用场景：数据量小的小集群规模业务场景。

方案2：调大 shard_size 值
设置 shard_size 为比较大的值，官方推荐：size*1.5+10。shard_size 值越大，结果越趋近于精准聚合结果值。此外，还可以通过show_term_doc_count_error参数显示最差情况下的错误值，用于辅助确定 shard_size 大小。
size：是聚合结果的返回值，客户期望返回聚合排名前三，size值就是 3。
shard_size: 每个分片上聚合的数据条数。shard_size 原则上要大于等于 size
适用场景：数据量大、分片数多的集群业务场景。

测试：使用kibana的测试数据

DELETE my_flights
PUT my_flights
{
  "settings": {
    "number_of_shards": 20
  },
  "mappings" : {
      "properties" : {
        "AvgTicketPrice" : {
          "type" : "float"
        },
        "Cancelled" : {
          "type" : "boolean"
        },
        "Carrier" : {
          "type" : "keyword"
        },
        "Dest" : {
          "type" : "keyword"
        },
        "DestAirportID" : {
          "type" : "keyword"
        },
        "DestCityName" : {
          "type" : "keyword"
        },
        "DestCountry" : {
          "type" : "keyword"
        },
        "DestLocation" : {
          "type" : "geo_point"
        },
        "DestRegion" : {
          "type" : "keyword"
        },
        "DestWeather" : {
          "type" : "keyword"
        },
        "DistanceKilometers" : {
          "type" : "float"
        },
        "DistanceMiles" : {
          "type" : "float"
        },
        "FlightDelay" : {
          "type" : "boolean"
        },
        "FlightDelayMin" : {
          "type" : "integer"
        },
        "FlightDelayType" : {
          "type" : "keyword"
        },
        "FlightNum" : {
          "type" : "keyword"
        },
        "FlightTimeHour" : {
          "type" : "keyword"
        },
        "FlightTimeMin" : {
          "type" : "float"
        },
        "Origin" : {
          "type" : "keyword"
        },
        "OriginAirportID" : {
          "type" : "keyword"
        },
        "OriginCityName" : {
          "type" : "keyword"
        },
        "OriginCountry" : {
          "type" : "keyword"
        },
        "OriginLocation" : {
          "type" : "geo_point"
        },
        "OriginRegion" : {
          "type" : "keyword"
        },
        "OriginWeather" : {
          "type" : "keyword"
        },
        "dayOfWeek" : {
          "type" : "integer"
        },
        "timestamp" : {
          "type" : "date"
        }
      }
    }
}

POST _reindex
{
  "source": {
    "index": "kibana_sample_data_flights"
  },
  "dest": {
    "index": "my_flights"
  }
}

GET my_flights/_count
GET kibana_sample_data_flights/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "weather": {
      "terms": {
        "field":"OriginWeather",
        "size":5,
        "show_term_doc_count_error":true
      }
    }
  }
}

GET my_flights/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "weather": {
      "terms": {
        "field":"OriginWeather",
        "size":5,
        "shard_size":10,
        "show_term_doc_count_error":true
      }
    }
  }
}

在Terms Aggregation的返回中有两个特殊的数值：
doc_count_error_upper_bound : 被遗漏的term 分桶，包含的文档，有可能的最大值 sum_other_doc_count: 除了返回结果 bucket的terms以外，其他 terms 的文档总数（总数-返回的总数)

方案3：将size设置为全量值，来解决精度问题
将size设置为2的32次方减去1也就是分片支持的最大值，来解决精度问题。
原因：1.x版本，size等于 0 代表全部，高版本取消 0 值，所以设置了最大值（大于业务的全量值）。
全量带来的弊端就是：如果分片数据量极大，这样做会耗费巨大的CPU 资源来排序，而且可能会阻塞网络。
适用场景：对聚合精准度要求极高的业务场景，由于性能问题，不推荐使用。

方案4：使用Clickhouse/ Spark 进行精准聚合
适用场景：数据量非常大、聚合精度要求高、响应速度快的业务场景。

六、Elasticsearch 聚合性能优化

1、启用 eager global ordinals 提升高基数聚合性能

适用场景：高基数聚合。高基数聚合场景中的高基数含义：一个字段包含很大比例的唯一值。

global ordinals 中文翻译成全局序号，是一种数据结构，应用场景如下：
基于 keyword，ip 等字段的分桶聚合，包含：terms聚合、composite 聚合等。
基于text 字段的分桶聚合（前提条件是：fielddata 开启）。
基于父子文档 Join 类型的 has_child 查询和父聚合。

global ordinals 使用一个数值代表字段中的字符串值，然后为每一个数值分配一个 bucket（分桶）。
global ordinals 的本质是：启用 eager_global_ordinals 时，会在刷新（refresh）分片时构建全局序号。这将构建全局序号的成本从搜索阶段转移到了数据索引化（写入）阶段。 创建索引的同时开启：eager_global_ordinals。

PUT /my-index
{
  "mappings": {
    "properties": {
      "tags": {
        "type": "keyword",
        "eager_global_ordinals": true
      }
    }
  }

注意：开启 eager_global_ordinals 会影响写入性能，因为每次刷新时都会创建新的全局序号。为了最大程度地减少由于频繁刷新建立全局序号而导致的额外开销，请调大刷新间隔 refresh_interval。 动态调整刷新频率的方法如下：

PUT my-index/_settings
{
  "index": {
    "refresh_interval": "30s"
  }

该招数的本质是：以空间换时间。

2、插入数据时对索引进行预排序

Index sorting （索引排序）可用于在插入时对索引进行预排序，而不是在查询时再对索引进行排序，这将提高范围查询（range query）和排序操作的性能。
在 Elasticsearch 中创建新索引时，可以配置如何对每个分片内的段进行排序。
这是 Elasticsearch 6.X 之后版本才有的特性。

PUT /my_index
{
  "settings": {
    "index":{
      "sort.field": "create_time",
      "sort.order": "desc"
    }
  },
  "mappings": {
    "properties": {
      "create_time":{
        "type": "date"
      }
    }
  }
}

注意：预排序将增加 Elasticsearch 写入的成本。在某些用户特定场景下，开启索引预排序会导致大约 40%-50% 的写性能下降。也就是说，如果用户场景更关注写性能的业务，开启索引预排序不是一个很好的选择。

3、使用节点查询缓存

节点查询缓存（Node query cache）可用于有效缓存过滤器（filter）操作的结果。如果多次执行同一 filter 操作，这将很有效，但是即便更改过滤器中的某一个值，也将意味着需要计算新的过滤器结果。

例如，由于 “now” 值一直在变化，因此无法缓存在过滤器上下文中使用 “now” 的查询。

那怎么使用缓存呢？通过在 now 字段上应用 datemath 格式将其四舍五入到最接近的分钟/小时等，可以使此类请求更具可缓存性，以便可以对筛选结果进行缓存。

PUT /my_index/_doc/1
{
  "create_time":"2022-05-11T16:30:55.328Z"
}

#下面的示例无法使用缓存
GET /my_index/_search
{
  "query":{
    "constant_score": {
      "filter": {
        "range": {
          "create_time": {
            "gte": "now-1h",
            "lte": "now"
          }
        }
      }
    }
  }
}

# 下面的示例就可以使用节点查询缓存。
GET /my_index/_search
{
  "query":{
    "constant_score": {
      "filter": {
        "range": {
          "create_time": {
            "gte": "now-1h/m",
            "lte": "now/m"
          }
        }
      }
    }
  }
}

上述示例中的“now-1h/m” 就是 datemath 的格式。
如果当前时间 now 是：16:31:29，那么range query 将匹配 my_date 介于：15:31:00 和 15:31:59 之间的时间数据。同理，聚合的前半部分 query 中如果有基于时间查询，或者后半部分 aggs 部分中有基于时间聚合的，建议都使用 datemath 方式做缓存处理以优化性能。

4、使用分片请求缓存

聚合语句中，设置：size：0，就会使用分片请求缓存缓存结果。size = 0 的含义是：只返回聚合结果，不返回查询结果。

GET /es_db/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "remark_agg": {
      "terms": {
        "field": "remark.keyword"
      }
    }
  }
}

5、拆分聚合，使聚合并行化

Elasticsearch 查询条件中同时有多个条件聚合，默认情况下聚合不是并行运行的。当为每个聚合提供自己的查询并执行 msearch 时，性能会有显著提升。因此，在 CPU 资源不是瓶颈的前提下，如果想缩短响应时间，可以将多个聚合拆分为多个查询，借助：msearch 实现并行聚合。

#常规的多条件聚合实现
GET /employees/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "job_agg": {
      "terms": {
        "field": "job.keyword"
      }
    },
    "max_salary":{
      "max": {
        "field": "salary"
      }
    }
  }
}
# msearch 拆分多个语句的聚合实现
GET _msearch
{"index":"employees"}
{"size":0,"aggs":{"job_agg":{"terms":{"field": "job.keyword"}}}}
{"index":"employees"}
{"size":0,"aggs":{"max_salary":{"max":{"field": "salary"}}}}

七、Elasticsearch中处理关联关系

1、概述

关系型数据库范式化（Normalize）设计的主要目标是减少不必要的更新，往往会带来一些副作用：
一个完全范式化设计的数据库会经常面临“查询缓慢”的问题。数据库越范式化，就需要Join越多的表；
范式化节省了存储空间，但是存储空间已经变得越来越便宜；
范式化简化了更新，但是数据读取操作可能更多。

反范式化(Denormalize)的设计不使用关联关系，而是在文档中保存冗余的数据拷贝。优点: 无需处理Join操作，数据读取性能好。Elasticsearch可以通过压缩_source字段，减少磁盘空间的开销
缺点: 不适合在数据频繁修改的场景。 一条数据的改动，可能会引起很多数据的更新

关系型数据库，一般会考虑Normalize 数据；在Elasticsearch，往往考虑Denormalize 数据。
Elasticsearch并不擅长处理关联关系，一般会采用以下四种方法处理关联：
对象类型嵌套对象(Nested Object)父子关联关系(Parent / Child )应用端关联

2、对象类型

（1）案例1：博客作者信息变更

对象类型：
在每一博客的文档中都保留作者的信息
如果作者信息发生变化，需要修改相关的博客文档

DELETE blog
# 设置blog的 Mapping
PUT /blog
{
  "mappings": {
    "properties": {
      "content": {
        "type": "text"
      },
      "time": {
        "type": "date"
      },
      "user": {
        "properties": {
          "city": {
            "type": "text"
          },
          "userid": {
            "type": "long"
          },
          "username": {
            "type": "keyword"
          }
        }
      }
    }
  }
}

# 插入一条 blog信息
PUT /blog/_doc/1
{
  "content":"I like Elasticsearch",
  "time":"2024-01-01T00:00:00",
  "user":{
    "userid":1,
    "username":"Cxf",
    "city":"Changsha"
  }
}


# 查询 blog信息
POST /blog/_search
{
  "query": {
    "bool": {
      "must": [
        {"match": {"content": "Elasticsearch"}},
        {"match": {"user.username": "Cxf"}}
      ]
    }
  }
}

（2）案例2：包含对象数组的文档

DELETE /my_movies

# 电影的Mapping信息
PUT /my_movies
{
      "mappings" : {
      "properties" : {
        "actors" : {
          "properties" : {
            "first_name" : {
              "type" : "keyword"
            },
            "last_name" : {
              "type" : "keyword"
            }
          }
        },
        "title" : {
          "type" : "text",
          "fields" : {
            "keyword" : {
              "type" : "keyword",
              "ignore_above" : 256
            }
          }
        }
      }
    }
}


# 写入一条电影信息
POST /my_movies/_doc/1
{
  "title":"Speed",
  "actors":[
    {
      "first_name":"Keanu",
      "last_name":"Reeves"
    },

    {
      "first_name":"Dennis",
      "last_name":"Hopper"
    }

  ]
}

# 查询电影信息
POST /my_movies/_search
{
  "query": {
    "bool": {
      "must": [
        {"match": {"actors.first_name": "Keanu"}},
        {"match": {"actors.last_name": "Hopper"}}
      ]
    }
  }

}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_elasticsearch_38

思考：为什么会搜到不需要的结果？ 存储时，内部对象的边界并没有考虑在内,JSON格式被处理成扁平式键值对的结构。当对多个字段进行查询时，导致了意外的搜索结果。可以用Nested Data Type解决这个问题。

"title":"Speed"
"actor".first_name: ["Keanu","Dennis"]
"actor".last_name: ["Reeves","Hopper"]

3、嵌套对象(Nested Object)

（1）什么是Nested Data Type

Nested数据类型: 允许对象数组中的对象被独立索引 使用nested 和properties 关键字，将所有actors索引到多个分隔的文档
在内部, Nested文档会被保存在两个Lucene文档中，在查询时做Join处理

DELETE /my_movies
# 创建 Nested 对象 Mapping
PUT /my_movies
{
      "mappings" : {
      "properties" : {
        "actors" : {
          "type": "nested",
          "properties" : {
            "first_name" : {"type" : "keyword"},
            "last_name" : {"type" : "keyword"}
          }},
        "title" : {
          "type" : "text",
          "fields" : {"keyword":{"type":"keyword","ignore_above":256}}
        }
      }
    }
}

POST /my_movies/_doc/1
{
  "title":"Speed",
  "actors":[
    {
      "first_name":"Keanu",
      "last_name":"Reeves"
    },

    {
      "first_name":"Dennis",
      "last_name":"Hopper"
    }

  ]
}

# Nested 查询
POST /my_movies/_search
{
  "query": {
    "bool": {
      "must": [
        {"match": {"title": "Speed"}},
        {
          "nested": {
            "path": "actors",
            "query": {
              "bool": {
                "must": [
                  {"match": {
                    "actors.first_name": "Keanu"
                  }},

                  {"match": {
                    "actors.last_name": "Hopper"
                  }}
                ]
              }
            }
          }
        }
      ]
    }
  }
}

# Nested Aggregation
POST /my_movies/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "actors": {
      "nested": {
        "path": "actors"
      },
      "aggs": {
        "actor_name": {
          "terms": {
            "field": "actors.first_name",
            "size": 10
          }
        }
      }
    }
  }
}


# 普通 aggregation不工作
POST /my_movies/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "NAME": {
      "terms": {
        "field": "actors.first_name",
        "size": 10
      }
    }
  }
}

4、父子关联关系(Parent / Child )

对象和Nested对象的局限性: 每次更新，可能需要重新索引整个对象(包括根对象和嵌套对象)

ES提供了类似关系型数据库中Join 的实现。使用Join数据类型实现，可以通过维护Parent/ Child的关系，从而分离两个对象 父文档和子文档是两个独立的文档
更新父文档无需重新索引子文档。子文档被添加，更新或者删除也不会影响到父文档和其他的子文档

DELETE /my_blogs

# 设定 Parent/Child Mapping
PUT /my_blogs
{
  "settings": {
    "number_of_shards": 2
  },
  "mappings": {
    "properties": {
      "blog_comments_relation": {
        "type": "join",
        "relations": {
          "blog": "comment"
        }
      },
      "content": {
        "type": "text"
      },
      "title": {
        "type": "keyword"
      }
    }
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_Apple_39

#索引父文档
PUT /my_blogs/_doc/blog1
{
  "title":"Learning Elasticsearch",
  "content":"learning ELK ",
  "blog_comments_relation":{
    "name":"blog"
  }
}

#索引父文档
PUT /my_blogs/_doc/blog2
{
  "title":"Learning Hadoop",
  "content":"learning Hadoop",
  "blog_comments_relation":{
    "name":"blog"
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_Apple_40

#索引子文档
PUT /my_blogs/_doc/comment1?routing=blog1
{
  "comment":"I am learning ELK",
  "username":"Jack",
  "blog_comments_relation":{
    "name":"comment",
    "parent":"blog1"
  }
}

#索引子文档
PUT /my_blogs/_doc/comment2?routing=blog2
{
  "comment":"I like Hadoop!!!!!",
  "username":"Jack",
  "blog_comments_relation":{
    "name":"comment",
    "parent":"blog2"
  }
}

#索引子文档
PUT /my_blogs/_doc/comment3?routing=blog2
{
  "comment":"Hello Hadoop",
  "username":"Bob",
  "blog_comments_relation":{
    "name":"comment",
    "parent":"blog2"
  }
}

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_大数据_41

注意：父文档和子文档必须存在相同的分片上，能够确保查询join 的性能

当指定子文档时候，必须指定它的父文档ld。使用routing参数来保证，分配到相同的分片

# 查询所有文档
POST /my_blogs/_search

#根据父文档ID查看
GET /my_blogs/_doc/blog2

# Parent Id 查询
POST /my_blogs/_search
{
  "query": {
    "parent_id": {
      "type": "comment",
      "id": "blog2"
    }
  }
}

# Has Child 查询,返回父文档
POST /my_blogs/_search
{
  "query": {
    "has_child": {
      "type": "comment",
      "query" : {
                "match": {
                    "username" : "Jack"
                }
            }
    }
  }
}


# Has Parent 查询，返回相关的子文档
POST /my_blogs/_search
{
  "query": {
    "has_parent": {
      "parent_type": "blog",
      "query" : {
                "match": {
                    "title" : "Learning Hadoop"
                }
            }
    }
  }
}

#通过ID ，访问子文档
GET /my_blogs/_doc/comment3
#通过ID和routing ，访问子文档
GET /my_blogs/_doc/comment3?routing=blog2

#更新子文档
PUT /my_blogs/_doc/comment3?routing=blog2
{
    "comment": "Hello Hadoop??",
    "blog_comments_relation": {
      "name": "comment",
      "parent": "blog2"
    }
}

5、嵌套文档 VS 父子文档

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_Apple_42

八、Ingest Pipeline & Painless Script

1、应用场景

应用场景：修复与增强写入数据

案例
需求：Tags字段中，逗号分隔的文本应该是数组，而不是一个字符串。后期需要对Tags进行Aggregation统计

#Blog数据，包含3个字段，tags用逗号间隔
PUT tech_blogs/_doc/1
{
  "title":"Introducing big data......",
  "tags":"hadoop,elasticsearch,spark",
  "content":"You konw, for big data"
}

2、Ingest Node

Elasticsearch 5.0后，引入的一种新的节点类型。默认配置下，每个节点都是Ingest Node：
具有预处理数据的能力，可拦截lndex或 Bulk API的请求
对数据进行转换，并重新返回给Index或 Bulk APl

无需Logstash，就可以进行数据的预处理，例如：
为某个字段设置默认值;重命名某个字段的字段名;对字段值进行Split 操作
支持设置Painless脚本，对数据进行更加复杂的加工

3、Pipeline & Processor

（1）简介

Pipeline ——管道会对通过的数据(文档)，按照顺序进行加工
Processor——Elasticsearch 对一些加工的行为进行了抽象包装
Elasticsearch 有很多内置的Processors，也支持通过插件的方式，实现自己的Processor

一些内置的Processors
https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/reference/7.17/ingest-processors.html Split Processor ：将给定字段值分成一个数组
Remove / Rename Processor ：移除一个重命名字段
Append ：为商品增加一个新的标签
Convert：将商品价格，从字符串转换成float 类型
Date / JSON：日期格式转换，字符串转JSON对象
Date lndex Name Processor︰将通过该处理器的文档,分配到指定时间格式的索引中
Fail Processor︰一旦出现异常，该Pipeline 指定的错误信息能返回给用户
Foreach Process︰数组字段，数组的每个元素都会使用到一个相同的处理器
Grok Processor︰日志的日期格式切割)
Gsub / Join / Split︰字符串替换│数组转字符串/字符串转数组
Lowercase / upcase︰大小写转换

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_Apple_43

# 测试split tags
POST _ingest/pipeline/_simulate
{
  "pipeline": {
    "description": "to split blog tags",
    "processors": [
      {
        "split": {
          "field": "tags",
          "separator": ","
        }
      }
    ]
  },
  "docs": [
    {
      "_index": "index",
      "_id": "id",
      "_source": {
        "title": "Introducing big data......",
        "tags": "hadoop,elasticsearch,spark",
        "content": "You konw, for big data"
      }
    },
    {
      "_index": "index",
      "_id": "idxx",
      "_source": {
        "title": "Introducing cloud computering",
        "tags": "openstack,k8s",
        "content": "You konw, for cloud"
      }
    }
  ]
}

#同时为文档，增加一个字段。blog查看量
POST _ingest/pipeline/_simulate
{
  "pipeline": {
    "description": "to split blog tags",
    "processors": [
      {
        "split": {
          "field": "tags",
          "separator": ","
        }
      },

      {
        "set":{
          "field": "views",
          "value": 0
        }
      }
    ]
  },

  "docs": [
    {
      "_index":"index",
      "_id":"id",
      "_source":{
        "title":"Introducing big data......",
        "tags":"hadoop,elasticsearch,spark",
        "content":"You konw, for big data"
      }
    },
    {
      "_index":"index",
      "_id":"idxx",
      "_source":{
        "title":"Introducing cloud computering",
        "tags":"openstack,k8s",
        "content":"You konw, for cloud"
      }
    }

    ]
}

（2）创建pipeline

# 为ES添加一个 Pipeline
PUT _ingest/pipeline/blog_pipeline
{
  "description": "a blog pipeline",
  "processors": [
      {
        "split": {
          "field": "tags",
          "separator": ","
        }
      },

      {
        "set":{
          "field": "views",
          "value": 0
        }
      }
    ]
}

#查看Pipleline
GET _ingest/pipeline/blog_pipeline

（3）使用pipeline更新数据

#不使用pipeline更新数据
PUT tech_blogs/_doc/1
{
  "title":"Introducing big data......",
  "tags":"hadoop,elasticsearch,spark",
  "content":"You konw, for big data"
}

#使用pipeline更新数据
PUT tech_blogs/_doc/2?pipeline=blog_pipeline
{
  "title": "Introducing cloud computering",
  "tags": "openstack,k8s",
  "content": "You konw, for cloud"
}

（4）借助update_by_query更新已存在的文档

#update_by_query 会导致错误
POST tech_blogs/_update_by_query?pipeline=blog_pipeline
{
}

#增加update_by_query的条件
POST tech_blogs/_update_by_query?pipeline=blog_pipeline
{
    "query": {
        "bool": {
            "must_not": {
                "exists": {
                    "field": "views"
                }
            }
        }
    }
}

GET tech_blogs/_search

（5）Ingest Node VS Logstash

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_elasticsearch_44

（6）Painless

自Elasticsearch 5.x后引入，专门为Elasticsearch 设计，扩展了Java的语法。6.0开始，ES只支持 Painless。Groovy，JavaScript和 Python 都不再支持。Painless支持所有Java 的数据类型及Java API子集。

Painless Script具备以下特性：
高性能/安全
支持显示类型或者动态定义类型

Painless的用途：
可以对文档字段进行加工处理
.更新或删除字段，处理数据聚合操作
.Script Field:对返回的字段提前进行计算
.Function Score:对文档的算分进行处理
在lngest Pipeline中执行脚本
在Reindex APl，Update By Query时，对数据进行处理

通过Painless脚本访问字段

测试：

# 增加一个 Script Prcessor
POST _ingest/pipeline/_simulate
{
  "pipeline": {
    "description": "to split blog tags",
    "processors": [
      {
        "split": {
          "field": "tags",
          "separator": ","
        }
      },
      {
        "script": {
          "source": """
          if(ctx.containsKey("content")){
            ctx.content_length = ctx.content.length();
          }else{
            ctx.content_length=0;
          }


          """
        }
      },

      {
        "set":{
          "field": "views",
          "value": 0
        }
      }
    ]
  },

  "docs": [
    {
      "_index":"index",
      "_id":"id",
      "_source":{
        "title":"Introducing big data......",
  "tags":"hadoop,elasticsearch,spark",
  "content":"You konw, for big data"
      }
    },


    {
      "_index":"index",
      "_id":"idxx",
      "_source":{
        "title":"Introducing cloud computering",
  "tags":"openstack,k8s",
  "content":"You konw, for cloud"
      }
    }

    ]
}

DELETE tech_blogs
PUT tech_blogs/_doc/1
{
  "title":"Introducing big data......",
  "tags":"hadoop,elasticsearch,spark",
  "content":"You konw, for big data",
  "views":0
}

POST tech_blogs/_update/1
{
  "script": {
    "source": "ctx._source.views += params.new_views",
    "params": {
      "new_views":100
    }
  }
}

# 查看views计数
POST tech_blogs/_search



#保存脚本在 Cluster State
POST _scripts/update_views
{
  "script":{
    "lang": "painless",
    "source": "ctx._source.views += params.new_views"
  }
}

POST tech_blogs/_update/1
{
  "script": {
    "id": "update_views",
    "params": {
      "new_views":1000
    }
  }
}


GET tech_blogs/_search
{
  "script_fields": {
    "rnd_views": {
      "script": {
        "lang": "painless",
        "source": """
          java.util.Random rnd = new Random();
          doc['views'].value+rnd.nextInt(1000);
        """
      }
    }
  },
  "query": {
    "match_all": {}
  }
}

（7）脚本缓存

脚本编译的开销较大，Elasticsearch会将脚本编译后缓存在Cache 中

.Inline scripts和 Stored Scripts都会被缓存

.默认缓存100个脚本

ElasticSearch高级搜索深入，聚合查询深入_字段_45

九、ElasticSearch数据建模最佳实践

1、建模建议1：如何处理关联关系

Object: 优先考虑反范式（Denormalization）
Nested: 当数据包含多数值对象，同时有查询需求
Child/Parent：关联文档更新非常频繁时

2、建模建议2: 避免过多字段

一个文档中，最好避免大量的字段
.过多的字段数不容易维护
.Mapping 信息保存在Cluster State 中，数据量过大，对集群性能会有影响
.删除或者修改数据需要reindex
默认最大字段数是1000，可以设置index.mapping.total_fields.limit限定最大字段数。·

思考：什么原因会导致文档中有成百上千的字段? 生产环境中，尽量不要打开 Dynamic，可以使用Strict控制新增字段的加入
true ：未知字段会被自动加入
false ：新字段不会被索引，但是会保存在_source
strict ：新增字段不会被索引，文档写入失败（推荐） 对于多属性的字段，比如cookie，商品属性，可以考虑使用Nested

3、建模建议3︰避免正则，通配符，前缀查询

正则，通配符查询，前缀查询属于Term查询，但是性能不够好。特别是将通配符放在开头，会导致性能的灾难
案例：针对版本号的搜索

# 将字符串转对象
PUT softwares/
{
  "mappings": {
    "properties": {
      "version": {
        "properties": {
          "display_name": {
            "type": "keyword"
          },
          "hot_fix": {
            "type": "byte"
          },
          "marjor": {
            "type": "byte"
          },
          "minor": {
            "type": "byte"
          }
        }
      }
    }
  }
}


#通过 Inner Object 写入多个文档
PUT softwares/_doc/1
{
  "version":{
  "display_name":"7.1.0",
  "marjor":7,
  "minor":1,
  "hot_fix":0  
  }

}

PUT softwares/_doc/2
{
  "version":{
  "display_name":"7.2.0",
  "marjor":7,
  "minor":2,
  "hot_fix":0  
  }
}

PUT softwares/_doc/3
{
  "version":{
  "display_name":"7.2.1",
  "marjor":7,
  "minor":2,
  "hot_fix":1  
  }
}


# 通过 bool 查询，
POST softwares/_search
{
  "query": {
    "bool": {
      "filter": [
        {
          "match":{
            "version.marjor":7
          }
        },
        {
          "match":{
            "version.minor":2
          }
        }
      ]
    }
  }
}

4、建模建议4︰避免空值引起的聚合不准

# Not Null 解决聚合的问题
DELETE /scores
PUT /scores
{
  "mappings": {
      "properties": {
        "score": {
          "type": "float",
          "null_value": 0
        }
      }
    }
}

PUT /scores/_doc/1
{
 "score": 100
}
PUT /scores/_doc/2
{
 "score": null
}

POST /scores/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "avg": {
      "avg": {
        "field": "score"
      }
    }
  }
}

5、建模建议5: 为索引的Mapping加入Meta 信息

Mappings设置非常重要，需要从两个维度进行考虑
.功能︰搜索，聚合，排序
.性能︰存储的开销; 内存的开销; 搜索的性能

Mappings设置是一个迭代的过程
.加入新的字段很容易（必要时需要update_by_query)
.更新删除字段不允许(需要Reindex重建数据)
.最好能对Mappings 加入Meta 信息，更好的进行版本管理
.可以考虑将Mapping文件上传git进行管理

PUT /my_index
{
  "mappings": {
    "_meta": {
      "index_version_mapping": "1.1"
    }
  }
}

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