【ElasticSearch学习】之一图读懂文档索引全过程

ES索引过程详解：

1.客户端发送索引请求。

　　客户端向ES节点发送索引请求，以RestClient客户端发起请求为例：

　　ES提供了Java High Level REST Client，用户可以通过RestClient发送请求：

　　RestClient restClient = RestClient.builder(
　　　　　　　　　　　　new HttpHost("127.0.0.1", 9200, "http"),
　　　　　　　　　　　　new HttpHost("127.0.0.2", 9200, "http")
　　　　　　　　　　　).build();

　　其中127.0.0.1，127.0.0.1是ES中的节点，ES在接受请求时，充当coordinate node节点的角色，如果设置有专用coorinate node则应该将接受客户端请求的节点设置为该专用节点，负责请求的接受和转发。在RestClient中使用round-robin轮询算法，进行发送节点的选取。

2.参数检查。

　　对请求中的参数进行检查，检查参数是否合法，不合法的参数直接返回失败给客户端。

3.数据预处理

　　如果请求指定了pipeline参数，则对数据进行预处理，数据预处理的节点为Ingest Node，如果接受请求的节点不具有数据处理能力，则转发给其他能处理的节点。

　　在Ingest Node上有定义好的处理数据的Pipeline，Pipeline中有一组定义好的Processor，每个Processor分别具有不同的处理功能，ES提供了一些内置的Processor，如：split、join、set 、script等，同时也支持通过插件的方式，实现自定义的Processor。数据经过Pipeline处理完毕后继续进行下一步操作。

4.判断索引是否存在

　　判断索引是否存在。如果索引不存在，则判断是否能够自动创建，如果节点支持Dynamic Mapping，写入文档时，如果索引不存在，会自动创建索引，并会根据索引文档信息推算字段的类型，但并不能完全推算正确。

　　配置：Dynamic：true时，文档有新增字段的时候，索引的mapping也会同步更新。

　　　　　Dynamic：false时，索引的mapping不会被更新，新增字段无法被索引到。

　　　　　Dynamic：strict时，索引有新增字段时，将会报错。

　　注：生产环境尽量避免使用Dynamic mapping，以免过多字段导致cluster state占用过多。

5.创建索引

　　创建索引请求被发送到Master节点，由Master节点负责进行索引的创建，索引创建成功后，Master节点会更新集群状态clusterstate，更新完毕后将索引创建的情况返回给Coordinate节点，收到Master节点返回的所有创建索引的响应后，进入下一流程。

6.请求预处理

　　1）获取集群状态信息，判断集群是否正常；

　　2）从集群状态中获取对应索引的元信息，从元信息中获取索引的mapping、version、等信息，从请求中解析routing、id信息，如果请求没有指定文档的id，则会生成一个UUID作为文档的id。

7.路由计算

　　根据请求的routing、id信息计算文档应该被索引到哪个分配，计算公式：

shard_num = hash(_routing) % num_primary_shards

　　_routing默认值为文档id，num_primary_shards是主分片个数，所以从算法中即可以看出索引的主分片个数一旦指定便无法修改，因为文档利用主分片的个数来进行定位。当使用自定义_routing或者id时，按照上面的公式计算，数据可能会大量聚集于某些分配，造成数据分布不均衡，所以ES提供了routing_partition_size参数，routing_partition_size越大，数据的分布越均匀。分片的计算公式变为：

shard_num = (hash(_routing) + hash(_id) % routing_partition_size) % num_primary_shards

　　定位到shard序号后，还需要定位shard所属的数据节点；从集群状态的内容路由表获取主分片所在的节点，并将请求转发至节点。需要注意的是shard到数据节点的映射关系不是固定的，当检测到数据分布不均匀、新节点加入或者节点宕掉等会进行shard重新分配。

8.主分片索引文档

　　当主分片所在节点接受到请求后，节点开始进行本节点的文档写入，文档写入过程如下：

　　1）文档写入时，不会直接写入到磁盘中，而是先将文档写入到Index Buffer内存空间中，到一定的时间，Index Buffer会Refresh把内存中的文档写入Segment中。当文档在Index Buffer中时，是无法被查询到的，这就是ES不是实时搜索，而是近实时搜索的原因。

　　2）因为文档写入时，先写入到内存中，当文档落盘之前，节点出现故障重启、宕机等，会造成内存中的数据丢失，所以索引写入的同时会同步向Transaction Log写入操作内容。

　　3）每隔固定的时间间隔ES会将Index Buffer中的文档写入到Segment中，这个写入的过程叫做Refresh，Refresh的时间可以通过index.refresh_interval，默认情况下为1秒。

　　4）写入到Segment中并不代表文档已经落盘，因为Segment写入磁盘的过程相对耗时，Refresh时会先将Segment写入缓存，开放查询，也就是说当文档写入Segment后就可以被查询到。每次refresh的时候都会生成一个新的segment，太多的Segment会占用过多的资源，而且每个搜索请求都会遍历所有的Segment，Segment过多会导致搜索变慢，所以ES会定期合并Segment，减少Segment的个数，并将Segment和并为一个大的Segment；在操作Segment时，会维护一个Commit Point文件，其中记录了所有Segment的信息；同时维护.del文件用于记录所有删除的Segment信息。

　　单个倒排索引文件被称为Segment。多个Segment汇总在一起，就是Lucene的索引，对应的就是ES中的shard。

　　Lucene倒排索引由单词词典及倒排列表组成：

　　单词词典：记录所有文档的单词，记录单词到倒排列表的关系，数据量比较大，一般采用B+树，哈希拉链法实现。

　　倒排列表：记录单词对应的文档集合，由倒排索引项组成。倒排索引项结构如表所示：其中，文档ID：记录单词所在文档的ID；词频：记录单词在文档中出现的次数；位置：记录单词在文档中的位置；偏移：记录单词的开始位置，结束位置。

　　　　

　　5）每隔一定的时间（默认30分钟），ES会调用Flush操作，Flush操作会调用Refresh将Index Buffer清空；然后调用fsync将缓存中的Segments写入磁盘；随后清空Transaction Log。同时当Transaction Log空间（默认512M）后也会触发Flush操作。

9.副本分片索引文档

　　当主分片完成索引操作后，会循环处理要写的所有副本分片，向副本分片所在的节点发送请求。副本分片执行和主分片一样的文档写入流程，然后返回写入结果给主分片节点。

10.请求返回

　　主分片收到副本分片的响应后，会执行finish()操作，将收到的响应信息返回给Coordinate节点，告知Coordinate节点文档写入分片成功、失败的情况；coordinate节点收到响应后，将索引执行情况返回给客户端。当文档写入失败时，主分片节点会向Master节点返送shardFieled请求，因为主副本分片未同步，Master会更新集群的状态，将写失败的副本分片从in-sync-allocation中去除；同时在路由表中将该分片的状态改为unassigned，即未分配状态。 

 

学习来源：

　　阮一鸣《Elasticsearch核心技术与实战》

　　张超《Elasticsearch 源码解析与优化实战》