白话Elasticsearch02- 结构化搜索之filter执行原理bitset机制与caching机制

本文涉及的产品
检索分析服务 Elasticsearch 版,2核4GB开发者规格 1个月
简介: 白话Elasticsearch02- 结构化搜索之filter执行原理bitset机制与caching机制

20190806092132811.jpg

概述


继续跟中华石杉老师学习ES,第二篇

课程地址: https://www.roncoo.com/view/55

白话Elasticsearch01- 使用term filter来搜索数据中演示了 term filter的用法,这里我们来剖析下执行原理


步骤


在倒排索引中查找搜索串,获取document list


为每个在倒排索引中搜索到的结果,构建一个bitset .


遍历每个过滤条件对应的bitset,优先从最稀疏的开始搜索,查找满足所有条件的document


caching bitset,跟踪query,在最近256个query中超过一定次数的过滤条件,缓存其bitset。对于小segment(<1000,或<3%),不缓存bitset。


filter大部分情况下来说,在query之前执行,先尽量过滤掉尽可能多的数据


如果document有新增或修改,那么cached bitset会被自动更新


以后只要是有相同的filter条件的,会直接来使用这个过滤条件对应的cached bitset


接下来逐条来说一下过程


Step1 在倒排索引中查找搜索串,获取document list


举个例子 , 上节中用到的 postDate字段,假设有3条数据,在document1 、document2、document3中的分布情况


image.png


filter : 2017-02-02

比如:

GET /forum/article/_search
{
  "query": {
    "constant_score": {
      "filter": {
        "term": {
          "postDate": "2017-02-02"
        }
      }
    }
  }
}


发现2017-02-02 对应的 document list 为 doc2 和 doc3 ,这样就完成了第一步,取到了document list


Step2 为每个在倒排索引中搜索到的结果,构建一个bitset .

这个地方很关键,非常重要。


上一步中,获取到了 document list , ES 会 根据这些document list 构建一个 bitset .


啥是bitset ? bitset是一个二进制的数组, 数组的每个元素要么是0要么是1 , 0 表示不匹配,1 表示匹配。


刚才filter 2017-02-02 的 document list就可以表示为 [0,1,1]


表示

doc1 —>0 , 不匹配该filter

doc2—>1 ,匹配该filter

doc3----> ,匹配该filter


也就是说 这个filter,在整个document中(假设该document只有3条记录),对应的bitset就是 [0,1,1]


使用二进制数组来标识有什么好处呢? ES本着使用尽可能简单的su数据结构来实现复杂的功能,节省空间,提高性能。


Step3 遍历每个过滤条件对应的bitset,优先从最稀疏的开始搜索,查找满足所有条件的document


在一个search请求中,可以有多个filter条件,每个filter条件都会对应一个bitset。


再获取到每个filter对应的bitset后 ,遍历每个filter条件对应的bitset,先从最稀疏的开始遍历。


啥叫稀疏? 举个例子


[0, 0, 0, 1, 0, 0]

[0, 1, 0, 1, 0, 1]


上面两个filter对应的匹配结果状况,第一个比较稀疏(不匹配的较多,因为0表示不匹配,也就是0越多越稀疏)


先遍历比较稀疏的bitset,就可以先过滤掉尽可能多的数据


遍历所有的bitset,找到匹配所有filter条件的doc


举个例子请求:filter,postDate=2017-01-01,userID=1


postDate: [0, 0, 1, 1, 0, 0]

userID: [0, 1, 0, 1, 0, 1]


遍历完两个bitset之后,找到的匹配所有条件的doc,第4个doc均为1 ,均匹配这两个filter ,就是doc4


就可以将document作为结果返回给client了


Step4 caching bitset,跟踪query,在最近256个query中超过一定次数的过滤条件,缓存其bitset


比如postDate=2017-01-01这个条件的filter,对应的bitset[0, 0, 1, 1, 0, 0],可以缓存在内存中,这样下次如果再有这个条件过来的时候,就不用重新扫描倒排索引,反复生成bitset,直接在内存中获取该filter对应的bitset即可,这样做可以大幅度提升性能。


在最近的256个filter中,有某个filter超过了一定的次数,次数不固定,就会自动缓存这个filter对应的bitset


filter针对小segment获取到的结果,可以不缓存,多小的segment算小segment呢? segment记录数<1000,或者segment大小<index总大小的3%


不缓存小segment的理由:


1.segment数据量很小,此时哪怕是扫描也很快;

2.segment会在后台自动合并,小segment很快就会跟其他小segment合并成大segment,此时就缓存也没有什么意义,segment很快就消失了

filter比query的好处就在于会caching,但是之前不知道caching的是什么东西,实际上并不是一个filter返回的完整的doc list数据结果。而是filter bitset缓存起来。下次不用扫描倒排索引了。


Step5 filter大部分情况下来说,在query之前执行,先尽量过滤掉尽可能多的数据


query:是会计算doc对搜索条件的relevance score,还会根据这个score去排序

filter:只是简单过滤出想要的数据,不计算relevance score,也不排序


Step6 如果document有新增或修改,那么cached bitset会被自动更新


举个例子

我们的article document中有4条数据,postDate=2017-01-01这个filter对应的bitset为 [0, 0, 1, 0] , 第三条数据符合这个条件


我们又新增了一条数据,article document加上id=5 ,postDate=2017-01-01,会自动更新到postDate=2017-01-01这个filter的bitset中,全自动,缓存会自动更新。postDate=2017-01-01的bitset就自动变为了[0, 0, 1, 0, 1]


如果我们修改了数值呢? 假设修改document,id=1为postDate=2016-12-30,修改为postDate-2017-01-01,此时也会自动更新bitset,变为[1, 0, 1, 0, 1]


Step7 以后只要是有相同的filter条件的,会直接来使用这个过滤条件对应的cached bitset


以后只要是有相同的filter条件的,会直接来使用这个过滤条件对应的cached bitset

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