ELK是一个免费开源的日志分析架构技术栈总称，其中包含三大基础组件，分别是 ElasticSearch、Logstash、Kibana。ELK在实际开发中不仅仅使用于日志分析，它还可以支持其他任何数据搜索、分析和收集的场景，其中日志分析和收集更具有代表性。

既然 ELK 这么有用，那这篇我们就先来认识一下什么是 ElasticSearch吧！

简介

简单来说 ElasticSearch 就是一个搜索框架。对于搜索这个词我们并不陌生，当我们输入关键词后，返回含有该关键词的所有信息结果。

在我们平时用到最多的便是数据库搜索：

SELECT * FROM USE WHERE NAME LIKE %小菜%

但是用数据库做搜索存在着许多弊端，例如：

• 存储问题：当数据量大的时候就必须进行分库分表。

• 性能问题：当数据量过大时，使用LIKE会对上亿条数据进行逐行扫描，性能受到严重影响。

• 不能分词：当我们搜索 游戏本电脑 的时候，只会返回完全和关键词一样的数据，如果搜索 游戏电脑，那么是不是就会没有数据返回。

因此基于以上问题，ElasticSearch出现了。它是使用 Java 开发的，基于 Lucene、分布式、通过 Restful 方式进行交互的近实时搜索平台框架。它的优点如下：

• 分布式的搜索引擎和数据分析引擎

• 全文检索，结构化检索和数据分析

• 对海量数据进行近实时的处理

Lucene 介绍

Lucene 是一个功能强大的搜索库，如果我们直接基于 Lucene 开发，那么会非常复杂。而 ElasticSearch 是基于 Lucene 开发的，封装了许多 Lucene 底层功能，提供了简单易用的 RestFul api接口和许多语言的客户端。

ElasticSearch核心概念

• NRT（Near Realtime） 近实时

1. 写入数据时，过 1 秒才会被搜索到，因为内部需要分词，引入索引
2. es 搜索和分析数据都是秒级内出结果

• Cluster 集群

包含一个或多个启动着es实例的机器群。通常一台机器起一个es实例。同一网络下，集名一样的多个es实例自动组成集群，自动均衡分片等行为。默认集群名为“elasticsearch”。

• Node 节点

每个es实例称为一个节点。节点名自动分配，也可以手动配置。

• Index 索引

包含一堆有相似结构的文档数据。索引创建规则：

1. 仅限小写字母
   
2. 不能包含 \、/、 *、?、"、<、>、|、# 以及空格符等特殊符号
   
3. 从7.0版本开始不再包含冒号
   
4. 不能以**-、_或+**开头
   
5. 不能超过255个字节（注意它是字节，因此多字节字符将计入255个限制）

• Document 文档

es中的最小数据单元。一个document就像数据库中的一条记录。通常以json格式显示。多个document存储于一个索引（Index）中。

• Field 字段

就像数据库中的列（Columns），定义每个document应该有的字段。

• Type 类型

每个索引里都可以有一个或多个type，type是index中的一个逻辑数据分类，一个type下的document，都有相同的field。

注：6.0之前的版本有type（类型）概念，type相当于关系数据库的表，ES官方将在ES9.0版本中彻底删除type。本教程typy都为_doc。

• Shard 分片

index数据过大时，将index里面的数据，分为多个shard，分布式的存储在各个服务器上面。可以支持海量数据和高并发，提升性能和吞吐量，充分利用多台机器的cpu。

• replica 副本

在分布式环境下，任何一台机器都会随时宕机，如果宕机，index一个分片都没有，那么导致此index不能搜索。所以，为了保证数据的安全，我们会将每个index的分片进行备份，存储在另外的机器上。保证少数机器宕机es集群仍可以搜索。

能正常提供查询和插入的分片我们叫做主分片（primary shard），其余的叫做备份的分片（replica shard）。

与数据库同比

前期准备

演示环境： Windows

ElasticSearch 安装

我们进入 ElasticSearch下载地址  下载和解压 ElasticSearch ，目录结构如下：

• bin：脚本目录，包括：启动、停止等可执行的脚本

• config：配置文件目录

• data：索引目录

• logs：日志目录

• modules：模块目录，包括了 es 的功能模块

• plugins：插件目录，es 支持插件机制

准备好配置文件后，双击elasticsearch.bat启动，接着访问http://localhost:9200，出现以下界面即为成功：

Kibana 安装

进入下载地址 下载和解压 Kibana，修改配置文件后，双击kibana.bat启动，接着访问http://localhost:5601/，出现以下界面即为成功：

进入 Kibana 控制台，输入 GET /查看ElasticSearch信息，出现以下界面即为成功：

前期准备工作做好了，咱们现在开始进入ElasticSearch的正式环节！

ES开讲

什么是 Index

Index就相当于数据库中的数据表，ElasticSearch会索引所有字段，经过处理后写入一个反向索引（Inverted Index）。查找数据的时候，直接查找该索引。所以，ElasticSearch数据管理的顶层单位就叫做 Index（索引）。注： 每个 Index 的名字必须是小写。

• 创建一个 test 索引：

语法：PUT /${index}

• 删除 test 索引：

语法：DELETE /${index}

其中删除支持其他语法：

1. DELETE /test
2. DELETE /test1,test2
3. DELETE /test_*
4. DELETE /_all

什么是 Document

首先员工和部门对象如下：

public class Employee{
    private String id;
    private String name;
    private String deptId;
}
public class Department{
    private String id；
    private String deptName；
    private String describe；
}

我们如果用关系型数据存数据的话，应该是一个员工表和一个部门表，查询员工的时候想要带上部门的信息就得使用关联查询。

但是在 ES 中，它是面向文档的，文档中存储的数据结构与对象一致。一个对象可以直接保存成一个文档，这就是ES中的 Document，document 是采用 json 数据格式表示，示例如下：

{
    "id":"1",
    "name":"小菜",
    "department":{
        "id":"1",
        "deptName":"搬砖部",
        "describe":"努力搬好每一块砖"
    }
}

接下来我们在 employee索引中演示基本的增删改查操作：

创建员工信息：

获取员工信息：

修改员工信息：

以下是替换操作，要带上所有信息

局部更新操作：

局部更新操作的语法为：POST /{index}/_update/{id}，其中要更新的信息需要放在doc里面

删除员工信息：

字段信息

{
  "_index" : "employee",
  "_type" : "_doc",
  "_id" : "1",
  "_version" : 4,
  "_seq_no" : 7,
  "_primary_term" : 1,
  "found" : true,
  "_source" : {
    "id" : "1",
    "name" : "小菜",
    "department" : {
      "id" : "1",
      "deptName" : "搬砖部",
      "describe" : "努力搬好每一块砖"
    }
  }
}

当我们通过GET /employee/_doc/1 可以获取到一条文档信息如上，其中出现 8 个字段，接下来为你们解析一番重要字段：

• _index：文档所属的索引名称

• _type：类别。在 es9 只有会删除此字段，因此不用关注，默认都为 _doc

• _id：文档的唯一标志，类似于表中的主键ID，可以用来标识和定义一个文档。可以手动生成，也可以自动生成

1. 手动生成：

PUT /employee/_doc/1
{
    "id":"1",
    "name":"小菜",
    "department":{
        "id":"1",
        "deptName":"搬砖部",
        "describe":"努力搬好每一块砖"
    }
}

1. 自动生成：

• 注： 这里用到是 POST请求，将会为我们自动生成 20 个字符的 ID

POST /employee/_doc
{
    "id":"3",
    "name":"小王",
    "department":{
        "id":"1",
        "deptName":"搬砖部",
        "describe":"努力搬好每一块砖"
    }
}

• 网络异常，图片无法展示

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• _version：版本号

这里的版本号是在 全量替换 、 局部更新和 删除 操作时，版本号都会加 1，上面 ID 为 1 的员工信息版本包为4，说明这条记录已经更新了 4 次。

• _seq_no：序列号

作用于 version 类似，当数据发生变更时，值就会加 1

• _source：插入数据时的所有字段和值

我们也可以不需要返回所有字段，需要用以下语句：

GET /employee/_doc/1?_source_includes=id,name

当然不仅可以使用_source_includes  ，还可以使用_source_excludes，两个意思分别是包括和 排除。

乐观锁机制

在我们学习 Java 并发的时候，我们认识了 CAS 乐观锁机制，在 ES 中我们同样也可以使用乐观锁来控制。

CAS是基于版本号的，而在上述 Document 字段解析中，我们也看到了 _seq_no 这个字段，不由想象，我们是否也能根据 _seq_no 来做乐观锁控制解决并发问题呢，答案是可以的。

我们首先创建一条员工记录：

此时，版本号毋庸置疑是 1，_seq_no是 10

然后我们将这条员工信息删除：

接着我们重新创建一条相同的员工信息：

可以看到这个时候的版本号变成了 3，_seq_no 变成了 14。

这是因为 ES 内部采用了 延迟删除策略，这是因为如果删除一条数据里吗删除的话，所有分片和副本都要立马删除，这会对 ES 集群压力太大。

进行并发控制：

• 步骤1：我们先查出当前的 _seq_no 为 17

语句：PUT /employee/_doc/5?if_seq_no=17&if_primary_term=1

可以看到更新后，_version 和 _seq_no 都加上了 1

如果 _seq_no 版本不匹配的情况下：

将会报出错误！

批量操作

批量查询 (_mget)

上面我们用到的语句都是指定ID单个查询，如果我们想要查询当前索引下的所有数据，那么应当使用以下语句：

GET /employee/_mget
{
  "docs" : [
      {
         "_id" : 1
      },
      {
         "_id" : 5
      }
   ]
}

如果我们要同时查询不同索引下的 ID 时，应当使用以下语句：

GET /_mget
{
   "docs" : [
      {
         "_index" : "employee",
         "_id" : 1
      },
      {
         "_index" : "employee",
         "_id" : 5
      }
   ]
}

批量增删改 （bulk）

语法：

POST /_bulk
{"action": {"metadata"}}
{"data"}

示例：

注：

• delete： 删除一个文档，只需 1 个 json 串

• create： 创建一个文档，相当于  PUT /index/type/id/_create

• index： 普通的 put 操作，可以创建文档，也可以全量替换文档

• update： 更新一个文档，执行的是局部更新

每个操作之间互不影响，操作失败的行会返回对应的失败信息

buld 操作请求一次不易过大， 否则一下子容易挤压到内存中，性能会下降

与开发融合

ElasticSearch 是基于 Java 开发的，当然我们开发中要使用 ElasticSearch 也是非常方便的。

首先便是引入依赖

<dependency>
        <groupId>org.elasticsearch.client</groupId>
        <artifactId>elasticsearch-rest-high-level-client</artifactId>
        <version>7.9.0</version>
        <exclusions>
            <exclusion>
                <groupId>org.elasticsearch</groupId>
                <artifactId>elasticsearch</artifactId>
            </exclusion>
        </exclusions>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.elasticsearch</groupId>
        <artifactId>elasticsearch</artifactId>
        <version>7.9.0</version>
    </dependency>

获取员工信息示例

/** OUTPUT:
{"id":"1","name":"小菜啊","department":{"id":"1","deptName":"搬砖部","describe":"努力搬好每一块砖"}}
 */

如果你觉得只从 getResponse 中获取一个 source 不满足，没有关系！我们还可以从getResponse 获取以下信息：

我们在上面的查询文档中发现，如果需要从 ES 中获取信息，我们先要 获取客户端连接，然后再 构建请求，最后 执行得到结果。这一系列操作不知道你是否有点熟悉，我们以前用的 JDBC，也是需要这一系列的操作，后来出现了 Hibernate 和 Mybatis，大大简化了我们的代码量。无独有偶，ES 也可以完美结合 Spring 框架开发。

首先我们需要需要在 application.yaml 文件中定义好elasticsearch 的 host：

server:
  port: 8081
spring:
  application:
    name: search-service
  elasticsearch:
    address: 127.0.0.1:9200 #多个节点用逗号分隔

然后我们需要在 Spring 中注册 RestHighLevelClient

执行查询

我们在上述例子中认识到了_source_includes  和_source_excludes的用法，当然在 Java 中也是支持的：

而且ES在 Java 中还支持异步查询：

执行新增

在上面我们是用 json 传递我们需要新增的参数，当然也支持另外方式：

//方式1: json
Map<String, String> insertInfo = new HashMap<>();
insertInfo.put("id", "8");
insertInfo.put("name", "老王");
request.source(JSON.toJSONString(insertInfo), XContentType.JSON);
//方式2: map
Map<String, String> insertInfo = new HashMap<>();
insertInfo.put("id", "8");
insertInfo.put("name", "老王");
request.source(insertInfo);
//方式3: XContentBuilder
XContentBuilder builder = XContentFactory.jsonBuilder();
builder.startObject();
{
    builder.field("id", "8");
    builder.field("name", "老王");
}
builder.endObject();
request.source(builder);
//方式4: 直接构建
request.source("id", "8", "name", "老王");

当然不止新增支持异步操作，更新同样也支持异步操作：

执行修改

异步支持：

执行删除

异步支持：

执行批量

Mapping 介绍

什么是Mapping： 自动或手动为 index 中的 _doc 建立的一种数据结构和相关配置

我们如果使用关系型数据库插入一条员工信息，首先需要建立一个员工表 employee，然后表里面有两个字段：id，name：

create table website(
    id varchar(8),
    name varchar(8)
);

我们往 员工索引 中插入数据：

PUT /employee/_doc/1
{
    "id":"1",
    "name":"小菜"
}

感觉少了点什么，那就是我们不需要建立字段了，甚至不需要手动建立 employee 索引，只需要一句语句就可以解决！

这是因为ES 里面存在动态映射（Dynamic Mapping），会自动为我们建立 index，以及对应的 mapping， mapping 中包含了每个 field 对应的数据类型，以及如何分词等设置。

我们可以通过 GET /{index}/_mapping 查看自己索引的字段映射：

核心数据类型

动态推测类型

自定义

我们在创建完索引后，可以手动创建映射：

语法：PUT ${index}/_mapping

PUT department/_mapping
{
    "properties": {
        "id": {
            "type": "text"
        },
        "description": {
            "type": "text",
            "analyzer":"english",
            "search_analyzer":"english"
        }
    }
} 

其中可以通过analyzer属性指定分词器。上边指定了analyzer是指在索引和搜索都使用english，如果单独想定义搜索时使用的分词器则可以通过search_analyzer属性。

注： 日期类型不支持分词器